D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2004.03.003 第26卷第3期 北京科技大学学报 Vol.26 No.3 2004年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2004 制备介孔复合环境材料的酸洗刻蚀工艺 李天昕林海宋存义徐玉琴 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要探索了一种制备介孔复合环境材料的方法一破坏式造孔与有机复合相结合，使最 终产品可大量吸附污染水体中的各种污染物并具有一定的杀菌功能.该方法通过酸洗刻蚀， 达到了去除原材料中的杂质和刻蚀孔径的目的，所制备的中间产品24h吸湿率为原材料的2 倍，染料吸附量为原材料的1.6倍. 关键词沸石；破坏式造孔：酸洗刻蚀：介孔复合环境材料：有机物 分类号X37;X754;TB39 随着工业有机物消耗量的明显增加，一些极 100mL容量瓶中，分别加入一定浓度、一定体积 性有机物和大分子有机物的去除己成为急待解 的酸液，密封后，放入恒温水浴振荡器中，在一定 决的污染问题.活性炭吸附法一直是一种较为传 温度、一定振荡频率下振荡反应一定时间，后用 统有效的方法.但受到材料自身孔径范围及表面 去离子水将样品洗至中性，通过离心机进行固液 性质的限制，活性炭对于多数极性有机物和大分 分离，再将样品在80℃下进行充分干燥，最后测 子有机物的吸附效果不佳”；同时其生产成本较 定脱色率和吸湿率，并计算染料吸附量， 高，再生困难.本研究的目的是：首先通过物理化 1.2效果评价 学方法将天然沸石的孔道加以清理，并进行一定 采用吸湿率、脱色率及染料吸附量来分别评 程度的破坏式拓展，使材料在具有更高表面活性 价产品对无机小分子及有机大分子的不同吸附 的同时内部孔径扩大到介孔级；然后进行有机复 能力，以反应材料中微孔的比例和介孔的比例. 合，使最终产品不仅具有较宽的孔径分布范围而 其中，吸附染料采用酸性红12，其相对分子质量 且具有双重的表面特性和杀菌作用，成为一种应 为706，分子直径约1-2nm.染料溶液质量浓度为 用范围更广的净化环境材料，广泛用于吸附水中 0.00384g/L,色度为800倍 的各种有机污染物.本文介绍了制备工艺的第一 步—酸洗刻蚀工艺，通过对实验结果的分析， 2实验结果及讨论 确定了最佳的制备条件，兼顾酸洗刻蚀工艺对最 2.1酸液种类及浓度的影响 终产品吸附能力的贡献和对后续工艺效果的 首先在料浆浓度为14.2%，酸洗刻蚀温度为 贡献. 75℃，酸洗刻蚀时间为2h的条件下同时优化酸 1实验方法及效果评价 液的种类和体积分数，结果如图1所示. 由图1可见，开始阶段两种产品的脱色率和 11实验方法及试剂 染料吸附量均大于原材料(3.17%；0.0049mgg), 原材料为浙江产粒径为0.061mm的FA型天 这是因为酸洗刻蚀一方面溶解了孔道中的一些 然沸石).酸液为化学纯试剂的疏酸和盐酸加入 杂质，疏通了孔道，另外H对Ca,Mg,Na的置 去离子水配制而成的溶液， 换也拓宽了沸石内孔道的有效空间，并适度地增 采用单因素实验法，将一定量的样品放入 加了吸附活性中心，因而增强了材料对染料分子 收稿日期2003-11-11李天所女，29岁，博士 的吸附能力.但浓度达到一定值后，过高的酸液 *国家自然科学基金资助项目No.59704006)第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 】 制备介孔复合环境材料的酸洗刻蚀工艺 李天 听 林 海 宋存 义 徐 玉 琴 北京科技大学土木 与环境工 程学 院 ， 北京 摘 要 探 索 了一 种制 备介 孔 复合环境材料 的方法— 破 坏 式造 孔 与 有机复合相 结合 ， 使最 终产 品可 大量 吸 附污 染水体 中的各种污染物并 具 有 一 定 的杀 菌功 能 该 方法 通 过 酸洗 刻 蚀 ， 达 到 了去 除原材料 中 的杂质和 刻蚀 孔 径 的 目的 ， 所 制 备 的 中间产 品 吸湿 率为 原材料 的 倍 ， 染料 吸 附量 为原材料 的 倍 关键 词 沸石 破坏 式 造 孔 酸洗刻 蚀 介孔 复合环 境 材 料 有 机物 分类 号 随着 工 业 有机物消耗 量 的 明显 增 加 ， 一些 极 性 有 机 物 和 大 分 子 有 机 物 的 去 除 已 成 为 急 待 解 决 的污 染 问题 活 性炭 吸 附法 一 直 是 一种 较 为传 统有 效 的方 法 ， 但 受 到材料 自身孔 径 范 围及 表面 性 质 的 限制 ， 活 性炭对 于 多数极 性 有机物 和 大分 子 有 机 物 的吸 附效果 不 佳 〔 同时其 生产 成 本较 高 ， 再 生 困难 本研 究 的 目的是 首先 通过物 理 化 学方法将天 然沸 石 的孔道 加 以清 理 ， 并进行 一 定 程 度 的破坏 式拓展 ， 使材料 在具 有 更 高表 面 活 性 的 同时 内部 孔 径扩 大 到介孔 级 然 后 进行 有机 复 合 ， 使最 终产 品不 仅具 有较 宽的孔 径分布 范 围而 且 具有双重 的表面特性 和 杀菌作用 ， 成 为一 种 应 用 范 围更广 的净化 环 境 材料 ， 广 泛 用 于 吸 附水 中 的各种 有机 污 染物 本文 介 绍 了制 备工 艺 的第 一 步— 酸洗 刻 蚀 工 艺 ， 通 过 对 实验 结 果 的分析 ， 确 定 了最佳 的制 备 条件 ， 兼 顾 酸洗刻蚀工 艺 对 最 终 产 品 吸 附 能 力 的 贡 献 和 对 后 续 工 艺 效 果 的 贡 献 容量 瓶 中 ， 分 别加 入 一 定 浓 度 、 一 定体积 的酸液 ， 密 封 后 ， 放 入 恒温水浴 振 荡器 中 ， 在 一 定 温 度 、 一 定 振 荡频 率 下 振 荡 反 应 一 定 时 间 ， 后 用 去 离子 水将样 品洗 至 中性 ， 通 过 离心机 进 行 固液 分 离 ， 再 将 样 品在 ℃ 下 进 行 充 分 干 燥 ， 最 后 测 定 脱 色 率和 吸湿 率 ， 并 计 算 染 料 吸 附量 效 果 评 价 ‘，， 采 用 吸湿 率 、 脱 色 率及 染 料吸 附量 来 分 别评 价 产 品对 无 机 小 分 子 及 有 机 大 分 子 的不 同吸 附 能力 ， 以反 应 材 料 中微 孔 的 比例 和 介 孔 的 比例 其 中 ， 吸 附染料 采 用 酸 性 红 ， 其 相 对 分 子质 量 为 ， 分 子 直径 约 一 染 料溶液 质 量 浓 度 为 几 ， 色 度 为 倍 实验 方 法 及 效果 评 价 实验 方 法 及 试 剂 原材 料 为浙 江 产 粒 径 为 的 型 天 然 沸石 口， 酸 液 为 化 学 纯试 剂 的硫 酸 和 盐 酸 加 入 去离 子 水配 制 而 成 的溶 液 采 用 单 因 素 实 验 法 将 一 定 量 的样 品 放 入 收稿 日期 一 一 李 天 听 女 ， 岁 ， 博 士 国家 自然科学基金 资助项 目困 实验 结 果 及 讨 论 酸 液种 类 及 浓 度 的影 响 首先 在 料 浆浓 度 为 ， 酸洗 刻 蚀 温 度 为 ℃ ， 酸洗 刻 蚀 时 间为 的条件 下 同时优 化 酸 液 的种类 和 体积 分数 ， 结果 如 图 所 示 由图 可 见 ， 开 始阶 段 两 种 产 品 的脱 色 率和 染 料 吸 附量 均 大 于 原材料 德 ， 这 是 因 为酸 洗 刻 蚀 一 方 面 溶 解 了孔 道 中 的一 些 杂质 ， 疏 通 了孔 道 ， 另 外 对 ， 广 ， 的置 换 也拓 宽 了沸 石 内孔道 的有 效空 间 ， 并适度地增 加 了吸 附活 性 中心 ， 因而 增 强 了材料对 染 料 分 子 的吸 附 能力 但 浓 度 达 到一 定值 后 ， 过 高 的酸 液 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2004．03．003