毕业设计（论文）-中孔分子筛MCM-41对镉离子吸附性能研究1.doc

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1、中孔分子筛中孔分子筛 MCM-41MCM-41 对镉离子吸附性能研究对镉离子吸附性能研究 学 生： 指导教师： 摘 要： 采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂作模板，正硅酸乙脂 (TEOS)为硅源，在不同时间内不同的晶化条件合成了具有中孔分子筛 MCM- 41。通过 X 射线衍射（XRD）对样品进行了表征，讨论了不同的晶化条件对中 孔分子筛的晶体结构的影响。 选择合成样品中结构有序性高的中孔分子筛 MCM-41 吸附溶液中的 Cd2+，用原子分光光度计测定吸附后 Cd2+的浓度，探讨了分子筛用量、不同 PH 值、不同反应时间对分子筛吸附 Cd2+的影响。 实验结果表明：当分子筛用量

2、增大，其吸附率不断提高；当分子筛加入量达到平衡所需量以后，继续增大用 量会使平衡吸附量降低；当溶液 pH 值从 4 增加到 8 时，分子筛对 Cd2+的吸附 量和吸附率随着 pH 值增大而增加，说明在碱性条件下，有利于提高 MCM-41 材料对 Cd2+的吸附；当吸附时间从 30 min 增加到 40 min 时，分子筛对 Cd2+的 吸附量和吸附率随着反应时间增加而增加，但继续增加时间，分子筛对 Cd2+的 吸附量和吸附率并无明显变化，说明吸附时间大于 40 min 后，时间对吸附效果 的影响不明显。 关键词： 中孔分子筛； MCM-41； 吸附 ；镉 Study on Adsorption

3、 of Cadmium() Ion onto Mesoporous Molecular Sieves MCM-41 Undergraduate: Zhang Weiwei Supervisor: Li Hualan Abstract: Using cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) surfactant as template, tetraethyl orthosilicate (TEOS) as silica source, molecular sieve MCM-41 was synthesized at different time and dif

4、ferent crystallization condition. The synthesized samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) and the effect of crystallization condition on the mesoporous molecular sieve crystal structure were discussed. The highly orderd samples were selected to absorb the Cd2+ solution. The amount of C

5、d2+ absorbed onto MCM-41 were determined by Fire Atomic Absorption Spectrophotomere (FAAS). The effect of amount of the sieves, the different pH valunes and the different reaction time on the MCM-41 adsorption of Cd2+ were discussed. The results show that the adsorption ration increased with increas

6、ing the amount of MCM-41. But when the amount of the MCM-41 added beyond the balanced amount, the equilibrium adsorption capality decreased. When the pH of the solution increased from 4 to 8, the ration of MCM-41 adsorption increased. It suggested that alkaline condition could help improve the adsor

7、ption capity. When the adsorption time increased from 30 min to 40 min, the adsorption amount and ration of MCM-41 increased. But the adsorption amount and ration didnt changed when increasing more time. It suggessted when the adsorption time beyond 40 min, time had no effect on the adsorption Key w

8、ords: Mesoporous molecular sieve; MCM-41 ; Adsorption ；Cadmium 目目 录录 引 言1 1 验部分5 1.1 主要实验仪器及药品5 1.1.1 实验仪器.5 1.1.2 实验药品.5 1.1.3 表征仪器.5 1.1.4 原子吸收分光光度计工作条件.5 1.2 实验部分5 1.2.1 中孔分子筛 MCM-41 的合成5 1.2.2 分子筛对镉离子的吸附性能的测定.6 1.3 分子筛结构的表征7 2 结果与讨论7 2.1 MCM-41 的表征7 2.2 镉离子吸附试验部分9 2.3 不同条件对分子筛吸附镉离子的影响9 2.3.1 分子量

9、用量对镉离子性能的影响.9 2.3.2 溶液 pH 对 MCM-41 吸附性能的影响.10 2.3.3 吸附时间对 MCM-41 吸附性能的影响12 结 论14 参考文献15 致 谢17 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 引言 分子筛是一种人工合成的以表面活性剂为模板剂，利用溶胶-凝胶（sol-gel） 、 乳化（emulsion）或微乳（microemulsion）等化学过程，通过有机物和无机物 之间的界面作用组装生成的一类孔径在 1.3-30 nm 之间、孔分布窄且具有规则 孔道结构的无机多孔材料。依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质 的分子，因而被称为“分子筛”。

10、 1992年美国Mobil 公司的Beck1, 2 等用液晶模板技术合成出了1.510.0 nm 范围内，且孔径可调的新型分子筛M41S 族，其中MCM-41的孔道一维均匀， 呈六方有序排列，同时具有很大的比表面积(700 m2g- 1)和吸附容量(0.7cm3g- 1)， 突破了以往分子筛如VPI-53、Cloverite4等微孔晶体孔径不超过1.2 nm的界限， 从而为大分子反应，尤其是石油化工重油组分中的大分子进行择形催化反应提 供了无可比拟的有利空间和有效的酸性催化活性。以MCM-41为代表的中孔分 子筛的出现，标志着沸石分子筛的合成由微孔进入中孔材料阶段，目前已成为 分子筛及催化学术

11、界的研究热点。 中孔分子筛的结构和性能介于无定形无机多孔材料(如无定形硅铝酸盐)和 具有晶体结构的无机多孔材料(如沸石分子筛)之间，其主要特征为： （1）具有规则的孔道结构 （2）孔径分布窄，且在 1.3-30 nm 之间可以调节 （3）经过优化合成条件或后处理,可具有很好的热稳定性和一定的水热稳 定性 （4）颗粒具有规则外形，且可在微米尺度内保持高度的孔道有序性 中孔分子筛具有分子大小的均匀孔道结构，连续的孔道体系以及大的晶内 比表面等特性，在气体和液体分子分离、离子交换及工业择形催化反应等方面 有着广泛的应用。 目前合成中孔分子筛主要采用水热合成法。室温合成5, 6、微波合成7、湿 胶焙烧

12、法8、相转变法9及在非水体系10中合成也有少量报道。水热合成的一 般过程为：(1)生成比较柔顺、松散的表面活性剂和无机物种的复合产物； （2）水热处理提高无机物种的缩聚程度,提高复合产物结构的稳定性；（3）焙 烧或溶剂抽提除掉复合产物中的表面活性剂后得到类似液晶结构的无机多孔骨 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 架，即中孔分子筛。在其合成过程中涉及到众多的物理化学过程，如从表面活 性剂的角度涉及到胶束、液晶、乳状液、微乳或囊胞等不同相态的形成过程； 从无机物种来考虑将涉及到溶胶-凝胶过程、配位化学、无机物种的不同化学状 态的热力学分布和无机物种的缩聚动力学等；而界面组装过程则涉

13、及到两相在 界面的组装作用力（如静电作用、氢键或 vander Wals 力、配位键等） ，且最终 的两相组装结构将是热力学和几何因素两者均有利的结果。上述各因素彼此关 联，使得合成过程中的每一个步骤都可能对产物的结构和性能产生影响，如起 始凝胶中表面活性剂和 Silica 之间的摩尔比，水热反应过程中的参量如(碱度11、 温度12, 13、离子强度和时间14等)，模板剂的不同除去方式(如焙烧或溶剂抽提) 15，选用不同的铝源16等，从而使中孔分子筛的合成规律复杂，增加了对其合 成机理研究的难度。不同研究人员往往针对各自特定的反应体系，运用(in-situ) XRD，TEM，SEM，TG/DT

14、A，偏振光显微镜，FTIR，N2 吸附-脱附等温线等 表征手段，研究了其合成机理并提出各自不同的看法，比较有代表性的两种观 点如图 0-1 所示。 图 0-1 MCM-41 的两种形成机理 A液晶模板机理 B协同作用机理 第一种观点为液晶模板机理（liquid-crys taltemplating mechanism 或 liquid- crysal phase initiated，简记为 LCT） ，如图 0-1 中 A 所示。LCT 机理基于合成产 物和表面活性剂溶致液晶相之间具有相似的空间对称性而提出，主要认为中孔 分子筛的合成以表面活性剂的不同溶致液晶相为模板。这种观点简单直观而且 可

15、直接借用液晶化学中的某些概念来解释合成过程中的很多试验现象（如可解 释反应温度、表面活性剂浓度等对产物结构的相转变规律，可利用表面活性剂 胶束的有效堆积参数与不同溶致液晶相结构之间的关系来指导如何利用不同结 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 构的表面活性剂或加入助剂来设计合成不同结构的中孔分子筛15, 17等） ，因此， 在 M41S 型中孔分子筛的发展初期被广泛接受。但是随着对中孔分子筛研究的 深入，LCT 机理面临了难以克服的两个问题。第一是 Monnier 等人17在 1993 年发现在硅酸盐不发生缩聚(pH=12-14，质量分数为 0.5%-5%)和 CTAB-Wate

16、r 体系中只有胶团存在(如 CTAB 的质量分数为 5%)时，将两者混合并经过水热反 应后可以生成 M41S 型中孔分子筛。第二是 Huo 等人18在 1995 年用 Gemini（Cn-s-m）型的双价阳离子型表面活性剂合成出了含有笼结构的三维六 角相产物 SBA-2，其空间群为 D46h-P6/mmc，这种对称结构在表面活性剂溶致 液晶的相结构中迄今尚未见报道。 关于中孔分子筛合成机理的第二种观点，即协同作用机理 (cooperativeformati onmechanism 或 silicate anioninitiated，简记为 CFM)，如图 0- 1 中 B 所示，CFM 机理认

17、形成表面活性剂中间相是胶束和无机物种相互作用的 结果。这种相互作用表现为胶束加速无机物种的缩聚过程和无机物种的缩聚反 应对胶束形成类液晶相结构有序体的促进作用。胶束加速无机物种的缩聚过程 主要由于两相界面之间的相互作用（如静电吸引力、氢键作用或配位键等）导 致无机物种在界面的浓缩而产生。CFM 机理有助于解释中孔分子筛合成中的诸 多实验现象，如合成不同于液晶结构的新相产物19、低表面活性剂浓度下（如 质量分数为 5%）的合成20以及合成过程中的相转变现象21等。 综上所述中孔材料的形成主要是以不同表面活性剂相为模板的界面组装过 程，该过程受无机物种的缩聚动力学过程和不同缩聚单元的热力学分布以及

18、有 机相的堆积几何因素等的影响，产物所具有的最终结构(或界面形状)使该合成 条件下体系的 Gibbs 自由能减小(即朝着热力学有利的方向进行)。 目前中孔分子筛的应用开发以催化方面为主，中孔分子筛用作催化剂在石 油化工和有机化工方面的应用得到了广泛的关注，在其他领域的应用也得到了 很大的发展，如在环保方面，载 Fe3+或 Pt 交换后的 MCM-41 用作汽车尾气处理， 可以选择性催化 NOX的还原反应，Al-MCM-41 可以催化塑料（如聚乙烯、聚 丙烯）和润滑油废料的降解反应。在 Host-Guest 化学方面用作纳米反应器或合 成纳米粒子，如纳米尺寸的 Fe2O3粒子 或金属 Pt 团聚

19、体，也可以用来控制聚 合反应的聚合方向和聚合度，制备导电的聚苯胺或碳线。中孔分子筛还可以做 成纤维形用作光导纤维，做成具有一定硬度和粒径的小球用作色谱柱中的载体 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 等。中孔分子筛的孔道内表面引入含硫端基的有机化合物后可以用作吸附剂， 处理废水中的重金属离子（如 Hg、Ag、Cr、Pb、Ba、Zn 等） 。 在众多结构的中孔分子筛中，MCM-41 和 MCM-48 仍是大量研究者集中研 究的主要对象。MCM-41 六角相(hexagonal)的产物易于制备，大量文献报道了 有关它的合成、表征和应用的研究。 MCM-41分子筛的孔道直径一般位于2.0

20、-10.0 nm之间，其BET表面积超过 700 m2g-1，因而具有良好的吸附性能。作为吸附剂，王英滨等人22通过静态吸 附实验，研究了MCM-41对水溶液中Cr ()离子的吸附动力学性质，结果表明： 常温下分子筛对Cr ()离子的饱和吸附量为84.41 mgg- 1，吸附符合一级动力学 吸附方程，颗粒内扩散与吸附过程是影响吸附速率的主要控制步骤。靳昕等 23 研究了MCM-41中孔分子筛吸附含重金属离子废水的实验，结果表明：用MCM- 41处理含重金属离子废水，PH值为4.05.0，反应时间为3040(min), 初始浓 度为3040(mgL- 1) 吸附效果较好。马国正等人24做了Al-

21、MCM-41介孔分子筛 对镉离子吸附性能的研究结果表明：Cd2 +能定量吸附在Al- MCM-41分子筛上, 静态饱和吸附量约为136.86 mgg- 1,吸附性能符合Langmuir吸附方程特征,并且 随吸附液PH值的增大, Cd2+去除率也随之增加，说明 Al - MCM - 41介孔分子筛 作为吸附剂,对处理有毒金属离子的废水具有积极意义。杨静等人25考察了 MCM-41分子筛Cd2+的吸附，研究发现：MCM-41的比表面积和孔径远大于13X 沸石，但其对水中的Cd2+的处理效果低于13X沸石。 目前的研究MCM-41的合成方法一般是水热合成在高温下晶化3天以上才能 得到结构有序高的MC

22、M-41，对于常温下快速合成高规整度的MCM-41的这种方 法还少见报道。本文将采取常温快速合成和常规水热晶化几天的方法MCM- 41，对比合成样品，讨论其结构，并选择结构有序性高的样品来作为吸附物质， 吸附Cd2+溶液，用原子吸收光度计测定Cd2+溶液浓度，探讨分子筛用量、不同 PH值、反应时间对分子筛吸附性能的影响，促进中孔分子筛在环保领域的应用。 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 1 实验部分 1.1 主要实验仪器及药品 1.1.1 实验仪器 DF-101S 集热恒温加热磁力搅拌加热器（河南予华仪器有限公司)；电子 天平 AL-204（瑞士 Mettlertoled） ；

23、SX2-12-16 马氟炉（上海跃进医疗器械厂） ； DGB/20-002 台式干燥箱（中华人民共和国重庆实验设备厂制造） ；TSA-900 型 原子吸收分光光度计（北京瑞利分析仪器公司） ；800B 离心机（上海安亭科学 仪器厂制造） ；SHD-2000 型循环水多用真空泵（保定高新区阳光科教仪器厂） 。 1.1.2 实验药品 十六烷基三甲基溴化氨(CTAB)(AR，成都市科龙化工试剂厂)；正硅酸乙酯 (TEOS) (AR，成都市科龙化工试剂厂)；氨水(AR，成都市科龙化工试剂厂)；无 水乙醇(EtOH) (AR，成都市科龙化工试剂厂)；氢氧化钠（NaOH） （AR，成都 市科龙化工试剂厂）

24、 ；硫酸镉（AR，重庆北碚化学试剂厂） 。 1.1.3 表征仪器 Bruker D8 X 射线衍射仪 1.1.4 原子吸收分光光度计工作条件 元素：镉，波长：228.8 nm；灯电流：2.0 mA；光谱通带：0.4 nm；燃烧器 高度：5.0 mm；乙炔气流：1500 mLmin-1。 1.2 实验部分 1.2.1 中孔分子筛 MCM-41 的合成 方案一制取方案一制取 MCM-41 按照TEOS : NH3H2O : CTAB : H2O = 1 : 1.64 : 0.15 : 126的摩尔比 称取十六烷基三甲基溴化铵2.4011 g，置于250 mL的烧杯中，加入120 mL去离 子水，在

25、30恒温下搅拌至澄清，加入8 mLNH3H2O (32%) 搅拌5 min，再缓慢 滴加10 mL正硅酸乙酯，在30恒温下搅拌12 h，减压过滤，用去离子水洗涤5 次，再用乙醇洗1次，室温干燥得到MCM- 41原粉。将原粉放入马弗炉中在 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 550下，焙烧6 h，除去表面活性剂,最后得到中孔孔分子筛MCM- 41，记为样 品A。 方案二制取方案二制取 MCM-41 按照TEOSCTABNaOHH2O = 10.60.24100 的摩尔比称取十六烷基三甲 基溴化铵和氢氧化钠。将氢氧化钠溶于去离子水中，控制水温在36左右，缓 慢搅拌下加入模板剂十六烷基

26、三甲基溴化铵(CTAB) 至溶液澄清；待溶液澄清 后，在剧烈搅拌下缓慢滴入正硅酸乙酯，继续搅拌2 h。接着用0.3 molL-1 的 HCl 溶液调节pH值到910，将反应后所得悬浊液装入聚四氟乙烯衬垫的不锈 钢自升压反应釜中，然后置于110的烘箱中静置晶化3天，取出产物抽滤、洗 涤，在80下干燥得到MCM-41原粉。 将原粉放入马弗炉中在550下，焙烧6 h，除去表面活性剂，最后得到中孔孔分子筛MCM-41，记为样品B。 1.2.2 分子筛对镉离子的吸附性能的测定 配制浓度为 1 mgmL-1 Cd2+标准容液：准确称取 1.0000 g 金属镉于 250 mL 烧杯中，加入(2030) m

27、L (1+1)盐酸溶解，冷却至室温，移入 1 L 容量瓶中， 稀释至刻度线，摇匀，即得 1 mgmL-1Cd2+标准溶液。 配制 Cd2+浓度为 0.1 gmL-1、0.2 gmL-1、0.3 gmL-1、 0.4 gmL-1、0.5 gmL-1、0.6 gmL-1的系列标准溶液。 取 1 mL 1 mgmL-1的 Cd2+置于 1 L 的容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度线即 得 1 gmL-1的 Cd2+标准溶液。 取 10 mL 1 gmL-1的 Cd2+置于 100 mL 的容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度 线即得 0.1 gmL-1的 Cd2+标准溶液。 取 20 mL 1 gmL-1的 Cd2+

28、置于 100 mL 的容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度 线即得 0.2 gmL-1的 Cd2+标准溶液。 取 30 mL 1 gmL-1的 Cd2+置于 100 mL 的容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度 线即得 0.3 gmL-1的 Cd2+标准溶液。 取 40 mL 1 gmL-1的 Cd2+置于 100 mL 的容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度线 即得 0.4 gmL-1的 Cd2+标准溶液。 取 50 mL 1 gmL-1的 Cd2+置于 100 mL 的容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 线即得 0.5 gmL-1的 Cd2+标准溶液。 取 60 mL 1 gm

29、L-1的 Cd2+置于 100 mL 的容量瓶中加蒸馏水稀释至刻度 线即得 0.6 gmL-1的 Cd2+标准溶液。 配置浓度为 20 mgL-1 Cd2+反应溶液： 称取 2.2834 g 硫酸镉（3CdSO48H2O）于 250 mL 的烧杯中加蒸馏水搅拌、 溶解后转移到 1 L 的容量瓶中，稀释至刻度线即得 1 gL-1 Cd2+反应溶液；取 1 gL-1 Cd2+的反应溶液 10 mL 于 500 mL 的容量瓶中，稀释至刻度线即得 20 mgL-1 Cd2+反应溶液。 分别称取样品 0.10g、0.15 g、0.20 g、0.30 g、0.40 g MCM-41 于干燥的锥 型瓶中，

30、分别加入 30 mL Cd2+反应溶液，在室温下振荡 30 min，以 2000 rmin-1 转速离心 10 min，取上层清夜稀释 50 倍。用原子吸收光谱法测定稀释后的溶液 浓度。 分别取 0.10 g MCM-41 于 4 个干燥的锥型瓶中，分别加入 30 mL Cd2+反应 溶液，调节 pH 分别为 4、5、6、8，再在室温下振荡 30 min，以 2000 rmin-1转 速离心 10 min，取清夜稀释 50 倍。用原子吸收光谱法测定稀释后的溶液浓度。 分别取 0.10 g MCM-41 于 4 个干燥的锥型瓶中，分别加入 30 mL Cd2+反应 溶液，分别在室温下振荡 30

31、min、40 min、50 min、60 min，以 2000 rmin-1转 速离心 10 min，取清夜稀释 50 倍。用原子吸收光谱法测定稀释后的溶液浓度。 1.3 分子筛结构的表征 XRD XRD 测试在 Bruker D8 X 射线衍射仪上进行，条件：Cu K 辐射，管压 40 kV，管电流 30 Ma，扫描区间 1-10。 2 结果与讨论 2.1 MCM-41 的表征 图 2-1、图 2-2 分别为方案一、方案二下制得的样品 A、B、焙烧后的 XRD 的表征谱图： 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 0246810 0 2000 4000 6000 8000 1000

32、0 12000 intensity 2(degrees) A 100 110 200 图 2-1 方案一制取的样品 A 的 XRD 谱图 0246810 0 2000 4000 6000 8000 10000 Intensity 2(degrees) B 图 2-2 方案二制取的样品 B 的 XRD 谱图 样品 A 的 XRD 如图 2-1 所示，合成的分子筛在 2 为 2.2左右有 1 个强为 （100）晶面衍射峰，这是中孔分子筛的特征峰，在 2 为 4左右有 2 个衍射峰， 表明合成的样品 A 分子筛具有良好的结晶结构和长程有序性，与前人文献报道 的 MCM-41 分子筛的结构特征相一致2

33、。而样品 B 的 XRD 如图 2-2 所示,合成 的 MCM-41 分子筛在 2=2.2左右有 1 个强衍射峰，但在 2=4左右虽然有衍射 峰，但强度不如图 2-1，这表明合成的样品 B 分子筛没有分子筛 A 那样具有良 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 好的结晶结构和长程有序性，因此，本实验选用样品 A 分子筛做吸附性能研究。 2.2 镉离子吸附试验部分 y = 0.5172x - 0.0077 R = 0.9765 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 00.20.40.60.8 Abs 镉离子浓度(gmL-1) 图 2-3 镉离子溶液的标准

34、曲线 图 2-3 为镉离子溶液的标准曲线，从图 2-3 中可以看出，镉在 0-0.6 gmL-1 的范围内线性关系很好，相关系数 r=0.9882，由回归方程 Y=0.5172X -0.0077(Y 代表吸光度，X 代表的溶液 Cd2+浓度)，可根据溶液的吸光度可以算出该溶液的 镉离子浓度。 2.3 不同条件对分子筛吸附镉离子的影响 2.3.1 分子量用量对镉离子性能的影响 利用原子吸收光度法测定吸附后数据列于表 2-1、表 2-2 和表 2-3。 表 2-1 不同质量的 MCM-41 对镉离子的吸附数据 分子筛量 (g) 吸光度吸附前镉离子浓 度(L-1) 吸附后镉离子 浓度(L-1) 吸附

35、率 (%) 吸附量 (mgg-1) 0.100.10209.5252.433.15 0.150.081207.7661.182.45 0.200.076207.3363.371.90 0.300.077207.4162.931.26 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 0.400.062206.1069.491.04 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 00.10.20.30.40.5 分子筛用量（g) 吸附量（mg/g) 图 2-4 不同质量的 MCM-41 对镉离子吸附量关系图 0 10 20 30 40 50 60 70 80 00.10.20.30.40.5

36、分子筛用量(g) 吸附率（%） 图 2-5 不同质量的 MCM-41 对镉离子吸附率关系图 表 2-1 是 20和 pH 为 6 条件下，MCM-41 对浓度为 20 mgmL-1的 Cd2+溶 液的吸附数据。从表 2-1 及图 2-4、图 2-5 中可以看出，随着分子筛加入量的增 加，分子筛对 Cd2+吸附量由大逐渐减小，吸附率由小到大，这是因为分子筛用 量很少时，分子筛对 Cd2+吸附量迅速达到饱和，进一步增加分子筛的量，使其 超过平衡时所需的量，所以平衡吸附量降低。而分子筛用量增大，分子筛吸附 金属镉离子的总量增加，从而导致吸附率增大。 2.3.2 溶液溶液 pH 对对 MCM-41 吸

37、附性能的影响吸附性能的影响 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 表 2-2 不同 pH 下的 MCM-41 对镉离子的吸附数据 pH吸光度 吸附前镉离子 浓度(L-1) 吸附后镉离子 浓度(L-1) 吸附率 (%) 吸附量 (mgg-1) 40.1422013.1034.482.07 50.106209.9550.243.01 60.090208.5557.243.43 80.010201.5592.255.54 0 1 2 3 4 5 6 3456789 pH值 吸附量（mg/g) 图 2-6 溶液不同 pH 值下 MCM-41 对镉离子吸附量关系图 0 20 40 60 80

38、 100 3456789 pH值 吸附率(%) 图 2-7 溶液不同 pH 值下 MCM-41 对镉离子吸附率关系图 表 2-2 是 25和分子筛的质量为 0.1 g 下，MCM-41 对浓度为 20 mgmL-1 的 Cd2+ 溶液的吸附数据。根据表 2-2 及图 2-6、图 2-7 可以看出，随着 pH 的增 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 加，分子筛对 Cd2+吸附量逐渐增大，吸附率也逐渐增大。说明在碱性条件下， 有利于提高 MCM-41 材料对 Cd2+的吸附率。这主要是因为在低 pH 时溶液中的 H+对吸附位具有竞争性作用的缘故。MCM-41 由于表面羟基的存在，表

39、面带负 电，在酸性条件下，发生了中和作用，减弱了表面负电性，不利于吸附带正电 的 Cd2+。在碱性条件下，表面负电性才得以充分发挥，提高了吸附效果。 2.3.3 吸附时间对吸附时间对 MCM-41 吸附性能的影响吸附性能的影响 表 2-3 不同反应时间下的 MCM-41 对镉离子的吸附数据 反应时 间(min) 吸光度 吸附前镉离子 浓度(L-1) 吸附后镉离子 浓度(L-1) 吸附率 (%) 吸附量 (mgg-1) 300.101209.5252.433.15 400.079207.5962.053.72 500.081207.7661.183.67 600.075207.2463.803.

40、82 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 020406080 吸附量(mg/g) 反应时间（min) 图 2-8 不同反应时间 MCM-41 对镉离子吸附量关系图 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 0 10 20 30 40 50 60 70 020406080 吸附率（%） 反应时间（min) 图 2-9 不同反应时间 MCM-41 对镉离子吸附率关系图 表 2-3 是 25条件下，MCM-41 对浓度为 20 mgmL-1的 Cd2+ 溶液的吸附 数据。根据表 2-3 及图 2-8、图 2-9 中可以看出，反应时间随着的增加，分子筛 对 Cd2+吸附

41、量逐渐增大趋势，吸附率也逐渐增大趋势，但总体增加不大。说明 吸附时间对吸附效果影响不明显。这是因为分子筛对重金属离子的吸附主要是 分子筛表面扩散(膜扩散)和微孔隙中的扩散(孔隙扩散)，在反应初期单分子层吸 附迅速饱和，达到较大的吸附效率，40 min 后吸附量超过吸附平衡所需的量， 且加上此时被吸附金属离子间相互排斥的作用因素，使得部分金属离子脱附， 吸附效率有一定的下降,此后吸附基本上达到平衡，吸附效率没有明显的变化。 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 结论 利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)表面活性剂作模板，以水热法在不同条 件下进行晶化，焙烧后得到 MCM-41 中孔分

42、子筛。实验结果表明：在 30反应 温度下且晶化 12 小时，合成出的 MCM-41 具有良好的孔结构和孔道规整度。 用 MCM-41 分子筛来吸附溶液中的 Cd2+，用火焰原子吸收分光光度计测定 吸附后的 Cd2+浓度。实验通过变化分子筛用量和溶液的 pH 值、吸附时间,研究 了分子筛对 Cd2+吸附的影响因素进行了分析。实验表明：中孔分子筛 MCM-41 对金属镉离子有较高的吸附率，但加入的 MCM-41 超过平衡时所需量时，吸附 量随分子筛量增加而降低，最后趋近平稳；分子筛对 Cd2+的吸附量和吸附率随 着 pH 增大而呈现上升趋势，说明在碱性条件下，有利于提高 MCM-41 材料对 Cd

43、 2+的吸附；分子筛 Cd2+的吸附量和吸附率随着反应时间呈现上升趋势，但是 40 min 后，增加不大，说明当吸附时间超过 40 min 之后，吸附时间对吸附效果 的影响不明显。 张伟伟 绵阳师范学院 2010 届本科生毕业论文 参考文献 1 Kresge C T. Leonowicz M E. Roth W J. et al. Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanismJ, Nature, 1992, 359: 710-718 2 Beck J S. Vartu

44、li J C. Roth W J. et al. A new family of mesoporous molecular sievesprepared with liquid crystal templatesJ, J.A.C.S., 1992, 114: 10834-10843 3 Davis M E, Saldarriaga C, Montes C, et al. A molecular sieve with eighteen-membered ringsJ, Nature, 1988, 331: 698-702 4 Estermann M Mc Cusker L B, Baerloch

45、er C, et al. A synthenic gallophosphate molecular sieves with a 20-tetrahedral-atom pore openingJ, Nature, 1991, 352: 320-323 5 Edler K J. White J W. Room-temperature formation of molecular sieve MCM41J. Chem Soc,Chem Commun, 1995, 22(6): 15-156 6 Chatterjee M. IwasakiT. Hayashi H. et al. Room tempe

46、rature formation of thermally stable aluminium-rich mesoporous MCM-41J. Catal Lett, 1998, 5(6): 21-23 7 Wu C-G,Bein T. Microwave synthesis of molecular sieve MCM-41J. Chem Soc, Chem Commun, 1996, 77(6): 925-926 8 Lin W. Chen J. Sun Y. et al. Bimodal mesopore distribution in a silica prepared by calc

47、ining a wet surfactant-containing silicate gelJ. Chem Soc, Chem Commun, 1995 , 2367-2368 9 Fyfe C A. Fu G. Structure organization of silicate polyanions with surfactants: a new approach to the syntheses,structuretr ansformations, and formation mechan-iams of mesostructural materialsJ. Am Chem Soc, 1

48、995, 11(6): 9709-9714 10 Yang P. Zhao D. Margolese D I. et al. Generalized syntheses of large-pore mesop-orous metal oxides with semicrystalline frameworksJ. Nature, 1998, 39(6): 152-155 11 Vartuli J C. SchmittK D. Kresge C T. et al. Effect of surfactant/silica molar ratios on the formation of mesop

49、orous molecular sieves: inorganic mimicry of surfactant liquid-crystal phases and mechanistic implicationsJ. Chem Mater, 1994, (6): 2317-2326 12 Ryoo R. Kim J M. Structural orderin MCM-41 controlled by shifting silicate poly- merrization equilibriumJ. Chem Soc,Chem Commun, 1995, 711-712 13 Chen X. Ding G. Chen H, et al. Effect of synthesis temperature on