硅藻土载体担载金属Fe离子的性能研究文献综述

 2023-12-05 04:12

文献综述

硅藻土的主要成分是SiO2,并且以SiO2·nH2O的形式存在,同时还存在少量的Fe,AL,Ca,Na,Mg,K,P等,孔隙中还存在少量的有机质等,各地硅藻土的成分不同,各组分的含量也不同。

国产硅藻土的比表面积通常为19m2/g-65m2/g,孔隙半径通常为50nm-800nm,孔隙体积为0.45cm3/g-0.98cm3/g[1]。硅藻土的吸附性能和它的物理结构和化学结构密切相关,一般来说,比表面积越大,孔径越大吸附质在孔内的扩散速率越大,就越有利于达到吸附平衡。通过酸碱洗涤,高温温焙烧等预处理,可提高硅藻土的表面积,增大硅藻土内部的孔隙体积。从而增加硅藻土的吸附能力[2]

硅藻土化学稳定性极强,除HF外,不溶于其他酸,但能溶于强碱,硅藻土呈现出较弱的酸性特征,因此能与碱类发生反应,同时硅藻土表面也有大量的羟基。

硅藻土多孔隙,因此表面积大,硅藻土上具有丰富的表面积和大量的纳米级孔隙[3]。这不仅提高了活性组分在其中的分散度,而且还具有很强的吸附能力。硅藻土表面有大量的羟基,这些羟基越多,则吸附性能越好,羟基在受热情况下可以发生转化,从而改变硅藻土的吸附性能。同时,这些羟基有一定的活性,能与其他物质发生反应或者成键来改变硅藻土的吸附特性。

硅藻土具有比表面积大,耐高温,耐酸碱,可再生等优点,金属/硅藻土复合物催化剂能够发挥出很高的催化效率,并且有利于催化剂的回收和循环利用,因而受到大量学者的研究和研究者的重视。在金属/硅藻土复合物催化剂中,硅藻土上具有丰富的表面积和大量的纳米级孔隙。这不仅提高了活性组分在其中的分散度,而且还具有很强的吸附能力,可以在硅藻土载体与金属组分之间形成较强的吸附一催化协同作用。该类催化剂己成为当代化工领域中最具实用潜力的催化剂体系[4]

硅藻土复合物催化剂中起催化作用的是硅藻土表面的金属微粒,金属微粒越小,分散度越高,催化剂的催化效率也越高。目前催化剂负载主要方法是金属盐溶液喷淋和物理蒸汽沉积(用于二维基体表面)、金属盐溶液浸渍和离子交换(用于三维基体表面)等[5]。由于硅藻土一般呈粉末状,具有夏杂的三维表面形貌,孔隙吸附力强而表面亲水性差。喷淋的金属盐溶液或金属蒸汽难以在硅藻土表面形成良好的浸润效果,使生成的金属粒子分散不均且易发生团聚,同时将大量金属盐引入硅藻土微孔中,造成堵塞,使催化效果下降,硅藻土的吸附性能也会降低。

而溶胶-凝胶法的研究主要集中在表面活性剂种类、热处理温度和时间等,其中所使用硅藻土的比表面积均在1 000 m2 / g以下[6],同时其金属前驱化合物为昂贵的醇盐,且金属负载量不高。这样的硅藻土不利于充分发挥金属/硅藻土的催化性能。

印染废水是我国工业废水的重头之一,纺织印染、造纸、塑料、皮革及金属等工业每年都会产生大量的的有色污水,这些水中的染料具有毒性,而且很难降解,即使被降解,也会产生很多有毒物质和致癌物质[7]。染料废水排入自然水体也会降低光的透射性,阻碍了植物的光合作用,因此不能单纯依靠生化或物化等方法,虽然活性炭吸附法对于去除废水中的溶解性有机物非常有效,但其成本较高。因此,近年来,利用低廉材料(如粉煤灰、木屑、炉渣及矿物薪土等)作为染料的吸附剂在染料废水处理中得到了广泛的研究[8,9],而硅藻土由于其良好的物理和化学特性,以及其在我国非常丰富的储量,开始被广泛应用于环境,化工,石油等多种工业部门,并作为一种吸附材料使用于废水处理,助滤等方面[10,11, 12]

硅藻土在水处理工业上作为辅助过滤成分的应用较为普遍。作为吸附材料用于污水处理的工业化并不多见,而且一般都是用单纯的硅藻土来吸附废水中的染料,这样硅藻土就不能很好地循环利用,这导致了处理废水的成本提高,从而降低了效益[13,14]。因此,开展这方面的基础性研究工作,通过对硅藻土进行改性,使硅藻土能够作为有效的吸附剂和催化剂载体应用于工业污水的处理,对于充分地利用我国丰富的硅藻土资源具有重要的意义,也是今后发展的主要趋势。通过本实验,研究以硅藻土为载体,在不同条件下对金属离子Fe的担载效果,得出制备Fe/硅藻土的最佳条件本次实验应选取最佳的制备方法,通过对硅藻土的预处理改性,在最佳条件下进行担载,以提高硅藻土对Fe的担载量,减少Fe的脱附率。

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