納米分子篩組裝體吸附水體中痕量甲基叔丁基醚及其機理研究.pdf

1、甲基叔丁基醚MTBE是一種廣泛使用的汽油添加劑,其廣泛使用導(dǎo)致在環(huán)境中不斷積累。國際上已經(jīng)將其列為可疑致癌物；1997年,美國環(huán)境保護署推薦飲用水中MTBE的濃度應(yīng)不高于20-40μg L-1。目前對于水體中MTBE污染治理與控制的研究尚處于初級階段。雖然有研究表明具有適宜孔道結(jié)構(gòu)的疏水型沸石分子篩可以吸附MTBE,但是該方面研究仍然較少,且人們對MFI型沸石是否能夠有效吸附MTBE存在爭議；同時研究大多使用微米級以下的超細(xì)粉末作為吸附

2、劑,這些粉末狀沸石材料不易操作,尤其是納米沸石易團聚,嚴(yán)重影響了其孔道利用率。
　　 最近,現(xiàn)代納米工程技術(shù)的發(fā)展使得上述問題可以有效的解決。本論文嘗試將納米分子篩組裝體引入水環(huán)境中MTBE的污染控制,實驗結(jié)果表明納米分子篩組裝體作為吸附劑具有潛在的價值,有可能大規(guī)模應(yīng)用于環(huán)境工程中對MTBE進行污染治理和控制。
　　 首先,進行納米沸石晶種的篩選。以自行合成的幾種具有典型代表性的納米沸石為吸附劑,研究納米沸石材料微觀結(jié)

3、構(gòu)和表面性質(zhì)對吸附水體中MTBE的影響。同樣條件下,幾種納米沸石對MTBE的去除率分別為:silicalite-1＞ZSM-5＞β＞Y＞A,與沸石的疏水性大小關(guān)系一致。實驗證明孔道結(jié)構(gòu)和疏水性對吸附效果均有影響,在MTBE初始濃度μg L-1至mg L-1范圍內(nèi),沸石疏水性是主導(dǎo)影響因素；具有適宜孔道結(jié)構(gòu)的沸石,疏水性越強,其對MTBE的親和力越強,從而從溶液中去除MTBE的能力就越大。
　　 根據(jù)納米沸石晶種優(yōu)化結(jié)果,以納米s

4、ilicalite-1沸石為晶種,選擇環(huán)境廢棄物粉煤灰空心微珠FAC和硅藻土diatomite為載體,利用現(xiàn)代納米工程技術(shù)LbL靜電組裝和二次水熱生長的辦法實現(xiàn)了納米沸石silicalite-1在粉煤灰空心微珠和硅藻土表面的組裝。粉煤灰空心微珠FAC和硅藻土diatomite,一種是熱電廠的廢棄物,一種是自然界中資源豐富的礦藏,選擇它們作為載體主要有兩方面因為:(1)廉價易得,是一種環(huán)境友好材料；(2)載體本身具有獨一無二的多次孔道結(jié)構(gòu)

5、。優(yōu)化的合成工藝顯示,S/FAC可以在相對較低的溫度下(140℃)、較短的時間內(nèi)(12 h)合成,較之S/D的合成條件180℃、24 h更為快捷簡便,且得到的組裝體S/FAC對MTBE具有更好的吸附效果。從模版劑消耗的角度,S/D較經(jīng)濟,合成1g組裝體S/FAC消耗模版劑TPAOH0.55g(質(zhì)量百分比20％的溶液),而合成等量的S/D僅需消耗0.39g TPAOH。
　　 靜態(tài)吸附實驗中,詳細(xì)討論了對吸附具有影響的幾個關(guān)鍵因素

6、:溶液初始濃度,吸附時間以及吸附溫度。以納米沸石silicalite-1為參照,S/FAC和S/D兩種納米分子篩組裝體顯示出與silicalite-1相似的吸附特征；實驗表明合成的納米分子篩組裝體不但保持了載體原有的形貌,形成了大孔-微孔多級孔道系統(tǒng),同時保持并加強了納米沸石本身的特性。熱力學(xué)研究表明三種吸附材料對MTBE的吸附較好的符合了Langmuir吸附等溫模型,其在20℃時的靜態(tài)吸附容量分別為S/FAC(q max=92551μ

7、g g-1)＞silicalite-1(q max=64066μg g-1)＞S/D(qmax=48465μg g-1)。S/FAC比S/D具有更高的吸附容量可歸于其表面silicalite-1的負(fù)載量較高:S/FAC21％＞S/D12％。吸附動力學(xué)研究表明,納米沸石silicalite-1以及納米分子篩組裝體S/FAC和S/D對MTBE的吸附過程符合二級動力學(xué)模型。組裝后,納米分子篩組裝體對MTBE的吸附平衡時間縮短為12 h,比si

8、licalite-1快6 h,這是因為:(1)MTBE與載體表面納米沸石silicalite-1更充分的接觸；(2)組裝體的多級有序孔道有助于MTBE的傳質(zhì)擴散。
　　 以S/FAC為固定床吸附劑裝柱進行MTBE的動態(tài)吸附實驗,流速、流入液初始濃度對S/FAC柱吸附MTBE有著顯著的影響,根據(jù)穿透曲線可知S/FAC對MTBE的動態(tài)吸附容量約為62071.5μg g-1。對加油站的實地考察表明,加油站內(nèi)MTBE的污染確實存在,MT