目前,处理水体中重金属离子的主要方法有(1) 吸附法;(2) 沉淀法;(3) 氧化还原法;(4) 电解法;(5) 生化法;(6) 离子交换法;(7)液膜法;(8) 溶剂萃取法;(9) 反渗透法;(10)电渗析法等[6]。其中,吸附法因其操作简单灵活、能显著提高水体中重金属离子的处理质量、经济可再生等优点被广泛关注[7]。在实际废水净化过程中,不同吸附剂由于其本身的特性,其吸附效果有很大差异,因此,寻找高效的吸附剂用于废水净化变得极为重要。
要成为一种优良的吸附重金属离子的吸附剂,应该满足以下条件[8]:
(1) 小孔(如微孔、介孔)和适量吸附的大比表面积孔径、孔径分布、空隙表面化学;)重金属离子和吸附位点能良好的接触;吸附剂的性质稳定和具有循环再生能力。
目前常用的重金属离子吸附剂主要有活性炭类、合成树脂、离子交换纤维、壳聚糖及其衍生物等;粘土、利用废弃物制备的吸附剂,如粉煤灰、玉米芯、淀粉渣、桉树皮、橘皮等以及介孔材料等。
介孔材料因其具有大小可调节的规则的孔道结构和大的比表面积,对重金属离子有较好的吸附效果,且介孔材料的制备过程相对简单,可操作性强,是一种新型的具有潜在应用价值的污水处理用的吸附剂。
介孔材料作为吸附剂吸附水中重金属离子的过程中,既有物理吸附,又有化学吸附。其中,物理吸附以静电为主,一旦吸附剂与被吸附物接触,就发生吸附反应;而化学吸附则以接枝的有机功能团与被吸附物发生化学反应形成络合物为主,故吸附速率一般较慢。未改性的介孔材料对重金属的吸附操作遵循物理吸附机理(亦称范德华吸附),它是由重金属与原分子间作用力所引起的,这种作用力一般较弱,且吸附热较小,故被吸附物质易解析出来。1998年,赵东元[9]教授等合成了SBA-15介孔分子筛,其具有相互平行的介孔轨道和垂直孔道方向上的规则形状。而且,SBA-15有较大的可调孔径,有利于特定有机分子更容易组装进入孔道;较厚的孔壁,能提供较强的机械稳定性,有利于在水环境中的应用,因此,开发功能化[10,11]的SBA-15治理水体中的重金属离子的污染问题有广阔的前景。
巯基功能化后的介孔材料对重金属的吸附是一种物理化学反应共同作用的结果,其中占主导地位的是化学吸附:即重金属离子与功能化的介孔材料表面巯基官能团发生了电子的转移,形成化学键的吸附。此外,功能化的介孔材料在适当条件下可进行脱吸附,脱吸附后可重复使用,吸附效果仍然可观,使功能化后的介孔材料具有更加广泛的应用性。短孔道有序介孔分子筛SH-MSiO2-S的一端是连接紧密碳硅键:一端是巯基镶嵌在孔道里面。表面交联;由于材料的表面有较大比表面,表面含有多个单个的巯基和羟基,且巯基和羟基具有较大电负性可以吸附重金属离子,实现将水中金属离子去除。