第２７卷第ｌ期
２０１１年２月分子科学学报ＪＯＵＲＩＶＡＬｏＦＭＯＬＥＣＩＩＩＡＲＳＣＩＥＮＣＥＦｅ岫２０１１Ｖ０１．２７Ｎｏ．１
［文章编号】１００ｍ９０３５（２０１１）０１．００１９．０６
多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究
陈顺玉＊，１，林日庆２，翁雨秋１
（１．福建师范大学化学与材料学院，福建福州３５００ｃｒ７；
２．福州市红庙岭垃圾综合处理场，福建福州３５００１２）
［摘要］以硅酸钠和氯化铵为原料，通过添加表面活性剂制备高吸附活性的多孔硅胶．采用
ＳＥＭ，ＩＲ和Ⅺｍ等手段对硅胶样品的结构和形貌进行表征，并利用紫外分光光度法研究硅胶
样品对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附性能．结果表明，合成的硅胶样品是由纳米量级的无定
形二氧化硅颗粒组成的多孔性、疏松状物质，对垃圾渗滤液中的有机物分子具有较强的吸附性
能，且吸附效果受吸附实验条件的影响．通过实验研究确定适宜的吸附条件为：吸附剂用量
５％，吸附温度４０℃，吸附时间４ｈ，在此条件下，多孔硅胶样品对有机污染物的吸附去除率可
达５１．８％．
［关键词］多孔硅胶；制备；垃圾渗滤液；有机污染物；吸附
ｏ６１３［中图分类号］［学科代码］１５０・３０【文献标识码］Ａ
Ｏ引言
硅胶是一种典型的高活性吸附材料，丰富的孔道结构和高比表面积使其具有优异的吸附性能而被广泛地用于制备各种气体吸附剂、催化剂载体、环境净化功能材料及色谱柱填料等¨－２］．硅胶的吸附活性主要取决于其孑Ｌ道结构及比表面积，因此对多孔性、高比表面积硅胶合成方法的研究十分重要．已有研究表明，在纳米材料的合成过程中加入表面活性剂作为模板剂可以控制产物的形貌和尺寸ｂ圳．本文通过在Ｎａ２Ｓｉ０３与ＮＨ４ｃｌ的水解反应制备硅酸凝胶的过程中添加表面活性剂的方法制备出多孔性、海绵状、高吸附活性的硅胶样品，并以其对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附为探针实验考察其吸附性能．
渗滤液是在垃圾填埋过程中产生的一种含有大量的有机物、病菌、病毒、寄生虫以及一些有毒有害物质和重金属的高浓度废水，若不采取适当的方法加以有效处理则会对周边的环境造成严重的二次污染，因此，如何有效地处理垃圾渗滤液成了近年来国内外环境科学领域的研究热点．目前对垃圾渗滤液的处理采取的方法主要有：生物处理法、物化法、土地处理法等ｂ－８Ｊ，物化法又包括混凝沉淀法、吸附法及化学氧化法等多种方法．其中吸附法依据的原理是：由于吸附剂具有密集的孔结构和巨大的比表面积，以及表面上具有的各种活性基团，因此可以有效地吸附垃圾渗滤液中的有机污染物和重金属离子等．利用吸附法处理渗滤液的优势在于它对难以利用生物法处理的金属离子和难降解的有机物具有较好的去除效果，目前所作的研究工作主要是利用活性炭、粉煤灰等多种常用的吸附剂来吸附处理垃圾渗滤液旧ｏｏ｜，以多孔硅胶为吸附剂处理垃圾渗滤液的研究还未见文献报道．本文首次以多孔硅胶样品为吸附剂，通过测定吸附前后垃圾渗滤液ｕＶ２５４值的变化来考察硅胶样品对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附性能．研究结果表明，采用添加表面活性剂的方法制备出的硅胶样品对垃圾渗滤液中的有机污染物具有较
收稿日期：２０１０Ｄ５—０７
基金项目：福建省自然科学基金资助项目（２０ｃｒ７Ｊ０１４５）；福建省教育厅资助项目（ＪＢ０ｒ７０印）．
联系人简介：陈顺玉（１９ｒ７２一），女，颀仁，讲师，主要从事材料化学的研究．Ｂｍ蚰：ｃｈ∞一ｓＩＩｕｎ”＠１６３．Ⅸ胁
２０分子科学学报第２７卷强的吸附作用，可作为吸附法处理垃圾渗滤液的新型吸附剂．
１实验部分
１．１实验原理
当往Ｎａ２Ｓｉ０３溶液中滴加Ｎ地ｃｌ溶液时会发生如下的水解反应：
Ｎａ２Ｓｉ０３＋２Ｎ地Ｃｌ—Ｈ２Ｓｉ０３＋２ＮａＣｌ＋２ＮＨ３．
硅酸在水中的溶解度不大，但由于刚开始形成的单分子硅酸能溶于水，所以生成后并不立即沉淀下来．随着硅酸分子的不断生成，由于硅酸中的ｓｉ原子没有满足６配位而存在聚合的趋势，因此，单分子硅酸之问会逐渐缩合为多酸而形成硅酸溶胶．溶胶中溶有电解质离子（Ｎａ＋和ｃｌ一），促使溶胶发，ｌ？佟沉，形成半凝固状态、软而透明且有弹性的硅酸凝胶．将硅酸凝胶充分洗涤去除可溶性盐类，干燥脱水后即成为多孔性固体，称为硅胶，方程式为
Ｈ２ｓｉ０３一Ｓｉ０２＋Ｈ２０．
硅胶是一种多孔性、高比表面的物质，具有较强的吸附性能，常用做干燥剂、吸附剂和催化剂的载体．硅胶样品的比表面积越大，吸附性能越强，在硅胶的制备过程中加入长链的表面活性剂，对生成的二氧化硅溶胶的一次粒子进行包覆，限制一次粒子的生长，可使制得的硅胶样品颗粒减小、比表面积增大，吸附性能提高．
１．２仪器与试剂
ＦＡ２００４Ｎ型电子天平（上海精密科学仪器有限公司）；删一２型数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）；ＳＨＢ．ＩＩＩ型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；１０１．１ＡＢ型电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；８—１０型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂）；聪．２００Ｂ恒温摇床（上海天呈实验仪器制造有限公司）；ｃＡＲＹ型紫外可见光度计（美国ｖａｒｉａｎ公司）；ｘ’Ｐｅｒｔ
学仪器厂）．
硅酸钠（分析纯）；氯化铵（分析纯）；脂肪醇聚氧乙烯醚ｓＡ．２０（河北省邢台科王助剂有限公司提ＰｍＭＰＤ型ｘ射线粉末衍射仪（荷兰飞利浦公司）；３８０ｎｍ型傅里叶红外光谱仪（ＮＩｃＯ唧公司）；融ⅨＹ—１０００Ｂ型扫描电子显微镜（中国科供）；垃圾渗滤液（福州市红庙岭垃圾综合处理场提供）．
１．３多孔活性硅胶的制备
在反应釜中将表面活性剂ｓＡ．２０溶于去离子水中配制成一定浓度的溶液，称取一定量的硅酸钠溶解于其中，控制恒温水浴温度为（４０±０．２）℃，在搅拌下滴加一定浓度的氯化铵溶液直至出现白色透明的凝胶．将凝胶静置陈化一天后用去离子水充分洗涤至无Ｃｌ一为止，干燥后置于马弗炉中，在６００℃下煅烧ｌｈ制得多孑Ｌ活性硅胶样品．
１．４多孔活性硅胶样品的表征
用ｘ射线粉末衍射仪表征合成的多孔硅胶样品的晶相结构；用扫描电子显微镜观察硅胶样品的形貌；采用ＫＢｒ压片法，在傅里叶红外光谱仪上测定硅胶样品的表面基团特征．
１．５吸附实验
取１００ｇ经０．４５舢的滤膜过滤后的垃圾渗滤液于２５０ｒＩｌＬ的锥形瓶中，加入一定量研磨成粉状的硅胶样品．将锥形瓶置于恒温摇床中，设置振摇的温度和速度，经振摇一定的时间后，取出上清液用０．４５伽的滤膜过滤后待测．
１．６有机污染物去除率的计算
目前国内常以ＣＯＤ和Ⅱ）Ｃ等做为分析考察水中有机物的重要指标．但ＣＯＤ检测方法耗药量大且用时长，而ＴｏＣ的检测设备又因价格昂贵，不利于大规模推广应用．前人已通过大量的实验研究证实，水样的色度、Ｔｏｃ、ＤＯｃ、ｃ０Ｄ等与水样的ｕｖ２５４值之间具有良好的相关性，因此可将Ｕ、ｋ值作为ｃＯＤ和‘Ｉ’Ｏｃ等的替代参数来间接地反映水样中有机物的污染程度［１ｌ－１３Ｊ．通过测定吸附前后垃圾渗滤液在波长２５４啪处的紫外吸光度值（Ｕｖ：舛）的变化可计算出硅胶样品
第ｌ期陈顺玉，等：多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究２１对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附去除率．
去除率：坚雩篙二婴－×１００％．ｕＶ２５４．Ｏ
其中：小ｋ．ｏ为吸附前垃圾渗滤液在波长２５４咖处的紫外吸光度值；ｕ％为吸附后垃圾渗滤液在波长２５４啪处的紫外吸光度值．
２结果与讨论
２．１多孔活性硅胶样品的分析表征
图１显示的是合成的多孔硅胶样品的红外光谱图．图中各吸收峰的归属为：在８０５和４６６伽一处的吸收峰分别是ｓｉ—ｏ—Ｓｉ的对称伸缩振动和摇摆振动的吸收峰；ｌ１０５ｃｍ。１处的吸收峰为Ｓ卜一０～ｓｉ的
４１５反对称伸缩振动吸收峰．由于多孔硅胶具有高比表面积而易吸潮，因此在红外光谱图的３
６００℃煅烧时表面活性剂ＳＡ．２０已充分燃烧干净．ｃｍ一处出现Ｓｉ＿ＯＨ的特征吸收峰．由图ｌ可见，谱图中除了Ｓｉ０２的这些特征吸收峰外没有出现其他吸收峰，说明
图２为制备的多孑Ｌ硅胶样品的Ｘ射线衍射图．从图２可以看出，在ⅪⅧ谱图中没有出现尖锐的晶体衍射峰，而存在一明显的无定形ｓｉ０２的峰包，说明该样品是由无定形ｓｉ０２组成．
由图３给出的硅胶样品表面形貌的ｓＥＭ照片可以看出，制得的硅胶样品是一种由大量纳米量级的无定型絮状Ｓｉ０２颗粒经过无规则堆积聚集而成的疏松状的多孔物质．
综合红外光谱、ｘ射线衍射及扫描电子显微镜的分析结果可判断制得的硅胶样品是由纳米量级无定型的Ｓｉ０２颗粒相互堆积而成的多孔、絮状的蓬松物质．
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波数／ｃｍ．１
图１硅胶样品的红外光谱图图２硅胶样品的Ⅺｍ谱图
２．２多孔活性硅胶样品吸附性能影响因素的研究
２．２．１表面活性剂的影响
为了研究制备过程中添加表面活性剂对得到的硅胶样品吸附性能的影响，将由添加ＳＡ．２０制得的硅胶样品（记为ｌ８样品）和未添加ＳＡ一２０制得的硅胶样品（记为２’样品）对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附去除率进行了比较（如图４所示）．由图４可见，在相同的吸附条件（吸附剂用量、吸附温度、时间等）下，不同制备方法得到的２种硅胶样品对同样水质的垃圾渗滤液中有机物的吸附能力相差很大，ｌ。样品的吸附能力几乎是２。样品的３倍．本文认为其主要原因是因为硅胶样品对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附作用主要是物理吸附，物理吸附源于吸附剂上密集的孔结构和巨大的比表面积，比表面积越大，孔隙率越高，吸附效果越好．
未添加ＳＡ．２０制得的硅胶样品的电镜扫描结果见图５所示．比较图３和图５所示的有无添加表面活性剂制得的硅胶样品的形貌可见，制备过程若不加入表面活性剂，则水解过程随着硅酸的不断生成，硅酸分子之间发生缩水聚合产生结构致密的单硅酸聚合物，最终得到的是由微米量级的无定型ｓｉ０２颗
２２分子科学学报第２７卷粒堆积而成的硅胶样品，颗粒本身致密无孔，其孑Ｌ道主要是由粒子间相互堆积而形成粒间孔，因此比表面积小，孔隙率低，吸附性能差．
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１懈品２懈品
图３添加表面活性剂制得的硅胶样品的趼ⅡⅡ图图４不同硅胶样品的吸附性能比较图
当加入表面活性剂后，制得的硅胶样品的颗粒形貌和聚结方式都发生改变，Ｓｉ０２颗粒粒度减小，而且由致密的结构转变为多孔、絮状疏松结构，比表面积增大，孔隙率提高，吸附性能增强．表面活性剂的作用机理可解释为：一方面，在水解反应进行过程中，溶解在水中的表面活性剂分子会对生成的硅酸溶胶的一次粒子进行包覆，限制了一次粒子的生长，而且使一次粒子堆积时接触面减小，减少了粒子间的相互堆积，因此得到的ｓｉ０２颗粒小，结构疏松；另一方面，随着硅酸凝胶的形成，高度分散的表面活性剂被“冻结”在凝胶块中，经高温煅烧后，表面活性剂分解成ｃ０２和水蒸气逸出，留下大量的孔道而得到孔道发达的蓬松状多孔硅胶样品．
２．２．２吸附剂用量的影响
将制得的多孔硅胶样品研磨成粉状后，选取硅胶的添加量为ｌ％，３％，５％，７％和９％，在２０℃下恒温振荡吸附５ｈ后分别测定渗滤液的Ｕ、ｂ值，计算有机污染物的吸附去除率，结果如图６所示．
琴
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图５未添加表面活性剂制得的硅胶样品的ｓｌＭ圈图６硅胶用量对吸附效果的影响
由图６可见，当硅胶用量低于５．０％左右时有机物去除率随着硅胶用量的增大而显著提高，加入量为５．ｏ％时，吸附效果最好，继续增大用量吸附效果变化不大．由此说明当吸附剂用量过少时，渗滤液中可被硅胶吸附的有机物未被完全吸附，随着用量的增大，硅胶对有机物的吸附量增大，所以吸附效果增强．但当吸附剂的用量增加到足以吸附渗滤液中所有可被吸附的有机物时，继续增加硅胶的用量，吸附效果不会有明显的提高，而且过量ｕ及附剂的加入会使后续废渣处理的费用提高，增加污水处理成本，因此确定吸附剂最佳的用量为５．０％左右．
第ｌ期陈顺玉，等：多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究
２．２．３吸附时间的影响
通过测定当硅胶用量为５．０％，吸附温度为２０℃时，垃圾渗滤液经不同的吸附时间后ｕ‰值的变化来考察吸附时间对有机物去除率的影响（见图７）．
图７所示结果表明，吸附前４ｈ吸附效果随吸附时间的延长而提高，４ｈ左右达到最佳吸附效果，当继续延长吸附时间，有机物的去除率基本保持不变．其主要原因是多孑Ｌ硅胶对垃圾渗滤液中有机物的吸附作用存在一吸附平衡．当达到饱和吸附平衡状态之前，随着吸附过程的进行，被吸附的有机物量越来越大．在２０℃温度下，约经４ｈ左右可达吸附平衡，继续延长吸附时间，去除率基本保持不变，所以选择４ｈ作为最佳的吸附时间．
在硅胶用量为５．０％，吸附时间为４ｈ的条件下，改变温度条件，考察温度因素对硅胶脱色效果的影２．２．４吸附温度的影响响，所得结果如图８所示．
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图７时间对吸附效果的影响图８温度对吸附效果的影响
图８所示结果说明，温度是吸附作用的另一重要的影响因素，在所考察的温度范围内存在一最佳的温度值．当温度低于４０℃时，硅胶对有机物的吸附去除率随温度的升高而增大，４０℃时达到最好的吸附效果，吸附去除率达５１．８％，随着温度的进一步升高，去除率反而降低．
这主要是因为：一方面，升高温度会促进垃圾渗滤液中有机污染物的扩散运动，使更多的污染物被更深层的孔吸附，去除率增大；另一方面，因多孔硅胶对有机污染物的吸附主要是物理吸附，而物理吸附过程是一放热过程，低温有利于吸附的进行．两方面因素的综合作用结果使得温度为４０ｑＣ左右时硅胶的吸附效果达到最佳．
３结论
在利用Ｎａ２ｓｉ０３与ＮＨ４Ｃ１为原料制备硅胶的过程中添加表面活性剂可以有效地改善硅胶样品的结构，使制得的硅胶样品具有多孔道、高比表面积，因此对垃圾渗滤液中的有机污染物具有较强的吸附活性，可做为吸附法处理垃圾渗滤液的一种新型吸附剂．
多孔活性硅胶对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附效果受吸附剂用量、吸附温度、吸附时间等因素的影响．通过实验确定较佳的吸附条件为：吸附剂用量５％，吸附温度４０℃，吸附时间４ｈ，在此条件下对有机物的去除率可达５１．８％．
实验结果还说明，垃圾渗滤液是一种高浓度的有机废水，多孑Ｌ硅胶只能吸附去除其中的部分有机物，而达不到完全去除的目的．可将纳米Ｔｉ０２颗粒负载在多孔活性硅胶上制备复合半导体氧化物光催化剂，利用吸附作用与光催化技术的耦合来更加有效地去除垃圾渗滤液中的有机污染物．下一步的研究工作将围绕这一方向进行．
分子科学学报第２７卷
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２．Ｆｕ出伽｝ｈｍｇｍｉ∞ＨｉＵＲｅ“ＪｓｅＩ舢ｄ舢Ｓ沁，Ｆｕ小咖３５００１２，Ｃｈｉ腿）
Ａｂｓ缸ａｃｔ：Ｐ０ｍｕｓｓｉｌｉｃａｇｅｌ瓶ｔＩｌ吐ｌｅ
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Ｋｅｙｗｏ川ｓ：ｐｏｒｏｕｓｓｊｌｉｃａｇｅｌ；ｐｒｉｅｐａｒａｔｉｏｎ；协ｄｆｉｌｌｌｅａｃ｜ｌａｔｅ；ｏ孵ｕｌｉｃｃｏｎ洲ｎａｎｔ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：陈顺玉， 林日庆， 翁雨秋， CHEN Shun-yu， LIN Ri-qing， WENG Yu-qiu陈顺玉,翁雨秋,CHEN Shun-yu,WENG Yu-qiu(福建师范大学化学与材料学院,福建,福州,350007) ， 林日庆,LIN Ri-qing(福州市红庙岭垃圾综合处理场,福建,福州,350012)分子科学学报JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCE2011,27(1)
参考文献(13条)
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本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_fzkxxb201101004.aspx
第２７卷第ｌ期
２０１１年２月分子科学学报ＪＯＵＲＩＶＡＬｏＦＭＯＬＥＣＩＩＩＡＲＳＣＩＥＮＣＥＦｅ岫２０１１Ｖ０１．２７Ｎｏ．１
［文章编号】１００ｍ９０３５（２０１１）０１．００１９．０６
多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究
陈顺玉＊，１，林日庆２，翁雨秋１
（１．福建师范大学化学与材料学院，福建福州３５００ｃｒ７；
２．福州市红庙岭垃圾综合处理场，福建福州３５００１２）
［摘要］以硅酸钠和氯化铵为原料，通过添加表面活性剂制备高吸附活性的多孔硅胶．采用
ＳＥＭ，ＩＲ和Ⅺｍ等手段对硅胶样品的结构和形貌进行表征，并利用紫外分光光度法研究硅胶
样品对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附性能．结果表明，合成的硅胶样品是由纳米量级的无定
形二氧化硅颗粒组成的多孔性、疏松状物质，对垃圾渗滤液中的有机物分子具有较强的吸附性
能，且吸附效果受吸附实验条件的影响．通过实验研究确定适宜的吸附条件为：吸附剂用量
５％，吸附温度４０℃，吸附时间４ｈ，在此条件下，多孔硅胶样品对有机污染物的吸附去除率可
达５１．８％．
［关键词］多孔硅胶；制备；垃圾渗滤液；有机污染物；吸附
ｏ６１３［中图分类号］［学科代码］１５０・３０【文献标识码］Ａ
Ｏ引言
硅胶是一种典型的高活性吸附材料，丰富的孔道结构和高比表面积使其具有优异的吸附性能而被广泛地用于制备各种气体吸附剂、催化剂载体、环境净化功能材料及色谱柱填料等¨－２］．硅胶的吸附活性主要取决于其孑Ｌ道结构及比表面积，因此对多孔性、高比表面积硅胶合成方法的研究十分重要．已有研究表明，在纳米材料的合成过程中加入表面活性剂作为模板剂可以控制产物的形貌和尺寸ｂ圳．本文通过在Ｎａ２Ｓｉ０３与ＮＨ４ｃｌ的水解反应制备硅酸凝胶的过程中添加表面活性剂的方法制备出多孔性、海绵状、高吸附活性的硅胶样品，并以其对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附为探针实验考察其吸附性能．
渗滤液是在垃圾填埋过程中产生的一种含有大量的有机物、病菌、病毒、寄生虫以及一些有毒有害物质和重金属的高浓度废水，若不采取适当的方法加以有效处理则会对周边的环境造成严重的二次污染，因此，如何有效地处理垃圾渗滤液成了近年来国内外环境科学领域的研究热点．目前对垃圾渗滤液的处理采取的方法主要有：生物处理法、物化法、土地处理法等ｂ－８Ｊ，物化法又包括混凝沉淀法、吸附法及化学氧化法等多种方法．其中吸附法依据的原理是：由于吸附剂具有密集的孔结构和巨大的比表面积，以及表面上具有的各种活性基团，因此可以有效地吸附垃圾渗滤液中的有机污染物和重金属离子等．利用吸附法处理渗滤液的优势在于它对难以利用生物法处理的金属离子和难降解的有机物具有较好的去除效果，目前所作的研究工作主要是利用活性炭、粉煤灰等多种常用的吸附剂来吸附处理垃圾渗滤液旧ｏｏ｜，以多孔硅胶为吸附剂处理垃圾渗滤液的研究还未见文献报道．本文首次以多孔硅胶样品为吸附剂，通过测定吸附前后垃圾渗滤液ｕＶ２５４值的变化来考察硅胶样品对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附性能．研究结果表明，采用添加表面活性剂的方法制备出的硅胶样品对垃圾渗滤液中的有机污染物具有较
收稿日期：２０１０Ｄ５—０７
基金项目：福建省自然科学基金资助项目（２０ｃｒ７Ｊ０１４５）；福建省教育厅资助项目（ＪＢ０ｒ７０印）．
联系人简介：陈顺玉（１９ｒ７２一），女，颀仁，讲师，主要从事材料化学的研究．Ｂｍ蚰：ｃｈ∞一ｓＩＩｕｎ”＠１６３．Ⅸ胁
２０分子科学学报第２７卷强的吸附作用，可作为吸附法处理垃圾渗滤液的新型吸附剂．
１实验部分
１．１实验原理
当往Ｎａ２Ｓｉ０３溶液中滴加Ｎ地ｃｌ溶液时会发生如下的水解反应：
Ｎａ２Ｓｉ０３＋２Ｎ地Ｃｌ—Ｈ２Ｓｉ０３＋２ＮａＣｌ＋２ＮＨ３．
硅酸在水中的溶解度不大，但由于刚开始形成的单分子硅酸能溶于水，所以生成后并不立即沉淀下来．随着硅酸分子的不断生成，由于硅酸中的ｓｉ原子没有满足６配位而存在聚合的趋势，因此，单分子硅酸之问会逐渐缩合为多酸而形成硅酸溶胶．溶胶中溶有电解质离子（Ｎａ＋和ｃｌ一），促使溶胶发，ｌ？佟沉，形成半凝固状态、软而透明且有弹性的硅酸凝胶．将硅酸凝胶充分洗涤去除可溶性盐类，干燥脱水后即成为多孔性固体，称为硅胶，方程式为
Ｈ２ｓｉ０３一Ｓｉ０２＋Ｈ２０．
硅胶是一种多孔性、高比表面的物质，具有较强的吸附性能，常用做干燥剂、吸附剂和催化剂的载体．硅胶样品的比表面积越大，吸附性能越强，在硅胶的制备过程中加入长链的表面活性剂，对生成的二氧化硅溶胶的一次粒子进行包覆，限制一次粒子的生长，可使制得的硅胶样品颗粒减小、比表面积增大，吸附性能提高．
１．２仪器与试剂
ＦＡ２００４Ｎ型电子天平（上海精密科学仪器有限公司）；删一２型数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）；ＳＨＢ．ＩＩＩ型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；１０１．１ＡＢ型电热鼓风干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）；８—１０型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂）；聪．２００Ｂ恒温摇床（上海天呈实验仪器制造有限公司）；ｃＡＲＹ型紫外可见光度计（美国ｖａｒｉａｎ公司）；ｘ’Ｐｅｒｔ
学仪器厂）．
硅酸钠（分析纯）；氯化铵（分析纯）；脂肪醇聚氧乙烯醚ｓＡ．２０（河北省邢台科王助剂有限公司提ＰｍＭＰＤ型ｘ射线粉末衍射仪（荷兰飞利浦公司）；３８０ｎｍ型傅里叶红外光谱仪（ＮＩｃＯ唧公司）；融ⅨＹ—１０００Ｂ型扫描电子显微镜（中国科供）；垃圾渗滤液（福州市红庙岭垃圾综合处理场提供）．
１．３多孔活性硅胶的制备
在反应釜中将表面活性剂ｓＡ．２０溶于去离子水中配制成一定浓度的溶液，称取一定量的硅酸钠溶解于其中，控制恒温水浴温度为（４０±０．２）℃，在搅拌下滴加一定浓度的氯化铵溶液直至出现白色透明的凝胶．将凝胶静置陈化一天后用去离子水充分洗涤至无Ｃｌ一为止，干燥后置于马弗炉中，在６００℃下煅烧ｌｈ制得多孑Ｌ活性硅胶样品．
１．４多孔活性硅胶样品的表征
用ｘ射线粉末衍射仪表征合成的多孔硅胶样品的晶相结构；用扫描电子显微镜观察硅胶样品的形貌；采用ＫＢｒ压片法，在傅里叶红外光谱仪上测定硅胶样品的表面基团特征．
１．５吸附实验
取１００ｇ经０．４５舢的滤膜过滤后的垃圾渗滤液于２５０ｒＩｌＬ的锥形瓶中，加入一定量研磨成粉状的硅胶样品．将锥形瓶置于恒温摇床中，设置振摇的温度和速度，经振摇一定的时间后，取出上清液用０．４５伽的滤膜过滤后待测．
１．６有机污染物去除率的计算
目前国内常以ＣＯＤ和Ⅱ）Ｃ等做为分析考察水中有机物的重要指标．但ＣＯＤ检测方法耗药量大且用时长，而ＴｏＣ的检测设备又因价格昂贵，不利于大规模推广应用．前人已通过大量的实验研究证实，水样的色度、Ｔｏｃ、ＤＯｃ、ｃ０Ｄ等与水样的ｕｖ２５４值之间具有良好的相关性，因此可将Ｕ、ｋ值作为ｃＯＤ和‘Ｉ’Ｏｃ等的替代参数来间接地反映水样中有机物的污染程度［１ｌ－１３Ｊ．通过测定吸附前后垃圾渗滤液在波长２５４啪处的紫外吸光度值（Ｕｖ：舛）的变化可计算出硅胶样品
第ｌ期陈顺玉，等：多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究２１对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附去除率．
去除率：坚雩篙二婴－×１００％．ｕＶ２５４．Ｏ
其中：小ｋ．ｏ为吸附前垃圾渗滤液在波长２５４咖处的紫外吸光度值；ｕ％为吸附后垃圾渗滤液在波长２５４啪处的紫外吸光度值．
２结果与讨论
２．１多孔活性硅胶样品的分析表征
图１显示的是合成的多孔硅胶样品的红外光谱图．图中各吸收峰的归属为：在８０５和４６６伽一处的吸收峰分别是ｓｉ—ｏ—Ｓｉ的对称伸缩振动和摇摆振动的吸收峰；ｌ１０５ｃｍ。１处的吸收峰为Ｓ卜一０～ｓｉ的
４１５反对称伸缩振动吸收峰．由于多孔硅胶具有高比表面积而易吸潮，因此在红外光谱图的３
６００℃煅烧时表面活性剂ＳＡ．２０已充分燃烧干净．ｃｍ一处出现Ｓｉ＿ＯＨ的特征吸收峰．由图ｌ可见，谱图中除了Ｓｉ０２的这些特征吸收峰外没有出现其他吸收峰，说明
图２为制备的多孑Ｌ硅胶样品的Ｘ射线衍射图．从图２可以看出，在ⅪⅧ谱图中没有出现尖锐的晶体衍射峰，而存在一明显的无定形ｓｉ０２的峰包，说明该样品是由无定形ｓｉ０２组成．
由图３给出的硅胶样品表面形貌的ｓＥＭ照片可以看出，制得的硅胶样品是一种由大量纳米量级的无定型絮状Ｓｉ０２颗粒经过无规则堆积聚集而成的疏松状的多孔物质．
综合红外光谱、ｘ射线衍射及扫描电子显微镜的分析结果可判断制得的硅胶样品是由纳米量级无定型的Ｓｉ０２颗粒相互堆积而成的多孔、絮状的蓬松物质．
％，＊米
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３３００２３００１３００３００
波数／ｃｍ．１
图１硅胶样品的红外光谱图图２硅胶样品的Ⅺｍ谱图
２．２多孔活性硅胶样品吸附性能影响因素的研究
２．２．１表面活性剂的影响
为了研究制备过程中添加表面活性剂对得到的硅胶样品吸附性能的影响，将由添加ＳＡ．２０制得的硅胶样品（记为ｌ８样品）和未添加ＳＡ一２０制得的硅胶样品（记为２’样品）对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附去除率进行了比较（如图４所示）．由图４可见，在相同的吸附条件（吸附剂用量、吸附温度、时间等）下，不同制备方法得到的２种硅胶样品对同样水质的垃圾渗滤液中有机物的吸附能力相差很大，ｌ。样品的吸附能力几乎是２。样品的３倍．本文认为其主要原因是因为硅胶样品对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附作用主要是物理吸附，物理吸附源于吸附剂上密集的孔结构和巨大的比表面积，比表面积越大，孔隙率越高，吸附效果越好．
未添加ＳＡ．２０制得的硅胶样品的电镜扫描结果见图５所示．比较图３和图５所示的有无添加表面活性剂制得的硅胶样品的形貌可见，制备过程若不加入表面活性剂，则水解过程随着硅酸的不断生成，硅酸分子之间发生缩水聚合产生结构致密的单硅酸聚合物，最终得到的是由微米量级的无定型ｓｉ０２颗
２２分子科学学报第２７卷粒堆积而成的硅胶样品，颗粒本身致密无孔，其孑Ｌ道主要是由粒子间相互堆积而形成粒间孔，因此比表面积小，孔隙率低，吸附性能差．
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图３添加表面活性剂制得的硅胶样品的趼ⅡⅡ图图４不同硅胶样品的吸附性能比较图
当加入表面活性剂后，制得的硅胶样品的颗粒形貌和聚结方式都发生改变，Ｓｉ０２颗粒粒度减小，而且由致密的结构转变为多孔、絮状疏松结构，比表面积增大，孔隙率提高，吸附性能增强．表面活性剂的作用机理可解释为：一方面，在水解反应进行过程中，溶解在水中的表面活性剂分子会对生成的硅酸溶胶的一次粒子进行包覆，限制了一次粒子的生长，而且使一次粒子堆积时接触面减小，减少了粒子间的相互堆积，因此得到的ｓｉ０２颗粒小，结构疏松；另一方面，随着硅酸凝胶的形成，高度分散的表面活性剂被“冻结”在凝胶块中，经高温煅烧后，表面活性剂分解成ｃ０２和水蒸气逸出，留下大量的孔道而得到孔道发达的蓬松状多孔硅胶样品．
２．２．２吸附剂用量的影响
将制得的多孔硅胶样品研磨成粉状后，选取硅胶的添加量为ｌ％，３％，５％，７％和９％，在２０℃下恒温振荡吸附５ｈ后分别测定渗滤液的Ｕ、ｂ值，计算有机污染物的吸附去除率，结果如图６所示．
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图５未添加表面活性剂制得的硅胶样品的ｓｌＭ圈图６硅胶用量对吸附效果的影响
由图６可见，当硅胶用量低于５．０％左右时有机物去除率随着硅胶用量的增大而显著提高，加入量为５．ｏ％时，吸附效果最好，继续增大用量吸附效果变化不大．由此说明当吸附剂用量过少时，渗滤液中可被硅胶吸附的有机物未被完全吸附，随着用量的增大，硅胶对有机物的吸附量增大，所以吸附效果增强．但当吸附剂的用量增加到足以吸附渗滤液中所有可被吸附的有机物时，继续增加硅胶的用量，吸附效果不会有明显的提高，而且过量ｕ及附剂的加入会使后续废渣处理的费用提高，增加污水处理成本，因此确定吸附剂最佳的用量为５．０％左右．
第ｌ期陈顺玉，等：多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究
２．２．３吸附时间的影响
通过测定当硅胶用量为５．０％，吸附温度为２０℃时，垃圾渗滤液经不同的吸附时间后ｕ‰值的变化来考察吸附时间对有机物去除率的影响（见图７）．
图７所示结果表明，吸附前４ｈ吸附效果随吸附时间的延长而提高，４ｈ左右达到最佳吸附效果，当继续延长吸附时间，有机物的去除率基本保持不变．其主要原因是多孑Ｌ硅胶对垃圾渗滤液中有机物的吸附作用存在一吸附平衡．当达到饱和吸附平衡状态之前，随着吸附过程的进行，被吸附的有机物量越来越大．在２０℃温度下，约经４ｈ左右可达吸附平衡，继续延长吸附时间，去除率基本保持不变，所以选择４ｈ作为最佳的吸附时间．
在硅胶用量为５．０％，吸附时间为４ｈ的条件下，改变温度条件，考察温度因素对硅胶脱色效果的影２．２．４吸附温度的影响响，所得结果如图８所示．
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图７时间对吸附效果的影响图８温度对吸附效果的影响
图８所示结果说明，温度是吸附作用的另一重要的影响因素，在所考察的温度范围内存在一最佳的温度值．当温度低于４０℃时，硅胶对有机物的吸附去除率随温度的升高而增大，４０℃时达到最好的吸附效果，吸附去除率达５１．８％，随着温度的进一步升高，去除率反而降低．
这主要是因为：一方面，升高温度会促进垃圾渗滤液中有机污染物的扩散运动，使更多的污染物被更深层的孔吸附，去除率增大；另一方面，因多孔硅胶对有机污染物的吸附主要是物理吸附，而物理吸附过程是一放热过程，低温有利于吸附的进行．两方面因素的综合作用结果使得温度为４０ｑＣ左右时硅胶的吸附效果达到最佳．
３结论
在利用Ｎａ２ｓｉ０３与ＮＨ４Ｃ１为原料制备硅胶的过程中添加表面活性剂可以有效地改善硅胶样品的结构，使制得的硅胶样品具有多孔道、高比表面积，因此对垃圾渗滤液中的有机污染物具有较强的吸附活性，可做为吸附法处理垃圾渗滤液的一种新型吸附剂．
多孔活性硅胶对垃圾渗滤液中有机污染物的吸附效果受吸附剂用量、吸附温度、吸附时间等因素的影响．通过实验确定较佳的吸附条件为：吸附剂用量５％，吸附温度４０℃，吸附时间４ｈ，在此条件下对有机物的去除率可达５１．８％．
实验结果还说明，垃圾渗滤液是一种高浓度的有机废水，多孑Ｌ硅胶只能吸附去除其中的部分有机物，而达不到完全去除的目的．可将纳米Ｔｉ０２颗粒负载在多孔活性硅胶上制备复合半导体氧化物光催化剂，利用吸附作用与光催化技术的耦合来更加有效地去除垃圾渗滤液中的有机污染物．下一步的研究工作将围绕这一方向进行．
分子科学学报第２７卷
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Ｋｅｙｗｏ川ｓ：ｐｏｒｏｕｓｓｊｌｉｃａｇｅｌ；ｐｒｉｅｐａｒａｔｉｏｎ；协ｄｆｉｌｌｌｅａｃ｜ｌａｔｅ；ｏ孵ｕｌｉｃｃｏｎ洲ｎａｎｔ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
多孔活性硅胶的制备及吸附性能的研究
作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：陈顺玉， 林日庆， 翁雨秋， CHEN Shun-yu， LIN Ri-qing， WENG Yu-qiu陈顺玉,翁雨秋,CHEN Shun-yu,WENG Yu-qiu(福建师范大学化学与材料学院,福建,福州,350007) ， 林日庆,LIN Ri-qing(福州市红庙岭垃圾综合处理场,福建,福州,350012)分子科学学报JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCE2011,27(1)
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