Page 31 - 《精细化工》2023年第1期
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第 1 期                     刘   涛，等:  基于有序多孔材料磷酸盐吸附剂的研究进展                                   ·23·


            分别将 ZrO 2 和 La 2 O 3 限域在 CMK-3 孔道内，合成              介孔氮化碳材料（MCN），随后将 ZrO 2 和 La 2 O 3 负
            了吸附剂 ZrO 2@CMK-3 和 La 2 O 3 @PCMK-3〔PCMK-3         载于 MCN 孔道内合成了吸附剂 ZrO 2 @MCN 和
            指的是 CMK-3 未经氧化的初始材料，区别于氧化的                         La 2 O 3 @MCN。N 元素的引入提高了吸附剂的亲水
            CMK-3（OCMK-3）〕。CMK-3 负载 ZrO 2 和 La 2O 3 后，         性，有利于吸附剂在水体中的分散。与以活性炭（AC）
            磷酸盐吸附容量从 2 mg/g 分别增加到~20 和~43 mg/g。                为载体合成的吸附剂 ZrO 2@AC 和 La 2O 3@AC 相比，
            两种吸附剂 ZrO 2 和 La 2 O 3 质量分数标化后的磷酸盐                 负载相同 质量分数 ZrO 2 和 La 2 O 3 的吸附 剂
            吸附容量均明显高于纯 ZrO 2 和 La 2 O 3 的磷酸盐吸附                 ZrO 2 @MCN 和 La 2 O 3 @MCN 均表现出更高的磷酸盐
            容量。结果说明，CMK-3 作为载体有效提高了 ZrO 2                      吸附容量和更快的吸附速率。然而，提高吸附剂中
            和 La 2 O 3 的分散性，从而提高了 ZrO 2 和 La 2 O 3 的磷          ZrO 2 和 La 2 O 3 的质量分数易导致 ZrO 2 和 La 2 O 3 团聚，
            酸盐吸附 容 量。表征 结 果显示， La 在吸附剂                         使单位质量 ZrO 2 和 La 2 O 3 中与磷酸盐结合的活性位
            La 2 O 3 @PCMK-3 中均匀分布（图 2），证实 La 有效               点相应减少，从而降低了 ZrO 2 和 La 2 O 3 的利用率。
            地分散在载体 CMK-3 孔道中。两种吸附剂经过 5                         作为载体，有序多孔碳材料可有效提高活性物种的
            次脱附再生后仍表现出良好的磷酸盐吸附性能。                              分散性，从而提高活性物种的磷酸盐吸附容量。有
                                                               序多孔碳材料合成方法相对简单，官能团的引入以
                                                               及 N 元素的掺杂提高了有序多孔碳材料的亲水性，
                                                               进一步地拓展了其在吸附领域的应用。此外，有序
                                                               多孔碳材料耐酸碱，在极端条件下也可保持稳定的
                                                               理化性质，可为吸附剂提供稳定的载体结构。
                                                               2.2   有序多孔硅材料
                                                                   有序多孔硅材料为常见的多孔材料，其合成一
                                                               般以硅酸四乙酯（TEOS）或硅酸盐为原料，价格低
                                                               廉、制备容易控制。有序多孔硅材料的组成多为
                                                               SiO 2 ，因此，具有较强的水热稳定性、二次污染风
                                                               险小、环境友好的优点          [9,38] 。此外，因其具有较大的
                                                               比表面积、可控的结构和性能被广泛应用于吸附、
                                                               能量储存和催化等领域           [39-42] 。目前，研究较多的有
                                                               序多孔硅材料有 SBA-15、MCM-41、ZSM-5 等。但
                                                               有序多孔硅材料由于没有活性位点，较难去除水体
                                                               中的磷酸盐     [43-44] 。因此，通常将有序多孔硅材料进
                                                               行改性以提高磷酸盐吸附性能。
                                                               2.2.1  SBA-15
                                                                   SBA-15 是一种有序的介孔 SiO 2 ，具有大的比
                                                               表面积、均匀的六方孔道和显著的水热稳定性。在
                                                               多孔硅材料中，SBA-15 是被研究较多的材料之一，
                                                               其合成方法主要由 SiO 2 前驱体（TEOS）与三嵌段
                                                               共聚物（通常是 Pluronic P123）混合后在一定温度

                                                               条件下晶化，随后在酸性条件下或高温煅烧去除聚
            图 2  La 2 O 3 @PCMK-3 吸附磷酸盐后的 TEM 图（a）；吸           合物模板。
                 附剂中所选区域（b）和元素 C、La、P 的 EDX 映                              [45]
                 射图（c~e）    [36]                                   TANG 等     通过共价接枝法利用 SBA-15 限域
            Fig. 2    TEM image (a) of La 2 O 3 @PCMK-3 after phosphate   ZrO 2 吸附磷酸盐，使 ZrO 2 达到分子级别的分散程
                   adsorption; EDX mapping images of selected area   度，负载了 ZrO 2 后有效提高了材料的 Zeta 电位，
                   (b) and C, La and P elements (c~e) [36]
                                                               吸附剂在磷酸盐平衡质量浓度为 5.2 mg/L 时，ZrO 2
                 N 元素掺杂到多孔碳骨架中可以改变其电子结                         质量分数标化后磷酸盐吸附容量达 319.7 mg/gZrO 2，
            构，从而产生独特的电子特性。N 原子与 C 原子不                          大大提高了 ZrO 2 对磷酸盐的吸附容量。YANG 等               [46]
            同的电负性以及自身存在的孤对电子可以调节材料                             通过乙醇蒸发法将 La 限域在 SBA-15 孔道内制备了
            的电荷分布，赋予多孔碳材料优异的物理化学性质                     [33] 。  一系列磷酸盐吸附剂，结果显示，La 成功分散在
            冯健康    [37] 以乙二胺，CCl 4 和 SBA-15 为前驱体合成             SBA-15 孔道内，没有在载体表面团聚。将 La 限域
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