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工业染料废水具有高毒、难降解等特点,其有效的处理成为目前研究的热点。文献报道的处理染料废水的方法主要有主要有氧化还原、电渗析、吸附、化学沉淀等。其中吸附法选择性高,操作简单,处理效果好,是最广泛的处理染料废水的途径。吸附法中性能最好的吸附剂是介孔材料。介孔材料是孔径范围在2至50纳米之间的多孔材料,其比表面积高,孔道结构规则,常用于催化、医药、环境保护等各个领域。目前,人们已成功制备出了具有薄膜、球状、纤维、单晶、洋葱状等形貌介孔材料,其中洋葱状介孔材料相对于其它介孔材料热稳定性好,孔道结构高度弯曲,具有更多的吸附位点,更高的吸附-脱附能力和负载能力,可作为一类良好的吸附剂用于染料废水处理领域。本论文采用水热合成法来制备洋葱状介孔材料。以P123为模板剂,正硅酸四乙酯为无机前驱物,通过加入不同量的Span80来调节洋葱状介孔材料的层间距以及孔径大小。与文献报道的添加苯、三甲苯等扩孔剂相比,Span80具有低毒、分散性和乳化性好等特点,且可促进囊泡的形成。对得到的介孔材料的结构进行了全面表征并研究了其对废水中染料的吸附,探讨了染料吸附过程中的作用机理。具体实验结果如下:(1)当扩孔剂Span80与模板剂P123的质量比为10%,15%,20%,25%时,得到介孔二氧化硅的形貌呈洋葱状,具有明显的层状结构,孔道高度弯曲。其中当Span80/P123的质量比为20%时,洋葱状形貌最佳,比表面积最大为811.76m2/g,球状粒径为480nm,层间距在18~23nm之间,孔径约为3.97nm。当Span80/P123的质量比为30%时,得到的介孔材料呈泡沫状。(2)溶液的pH值、吸附剂的投加量、染料的初始浓度、吸附时间、以及吸附温度等因素均会影响洋葱状介孔材料对亚甲基蓝和罗丹明B染料的吸附。在碱性条件下洋葱状介孔材料对亚甲基蓝染料的吸附效果较好,最佳吸附pH值为10;在酸性条件下对罗丹明B染料的吸附效果较好,最佳吸附pH值为2。在一定范围内,吸附剂用量的增加、吸附时间的增长,温度的升高均能使染料的去除率,随着染料初始浓度的增大,介孔材料对染料的去除率有所降低。(3)通过对实验数据采用Langmuir、Freundlich、Temkin等温方程进行拟合,结果表明,洋葱状介孔材料(MS-10,MS-15,MS-20)对亚甲基蓝的吸附等温模型较符合Freundlich吸附等温模型,MS-25和MS-30对亚甲基蓝的吸附等温模型较符合Langmuir等温模型;洋葱状介孔材料对罗丹明B的吸附模型符合Freundlich吸附等温模型。(4)采用准一级和准二级动力学模型对洋葱状介孔材料吸附亚甲基蓝和罗丹明B染料的吸附数据进行拟合,结果表明运用准二级动力学模型计算得出的理论吸附平衡值与实验值十分接近,拟合的相关系数R2值为0.99,洋葱状介孔材料对该两种染料的吸附过程符合准二级动力学模型。(5)对洋葱状介孔材料吸附亚甲基蓝和罗丹明B染料的数据进行了热力学分析,得到各项热力学相关参数。MS-10,MS-15,MS-20,MS-25,MS-30对亚甲基蓝染料的吸附焓变△H分别为43.92 KJ/mol,48.77 KJ/mol,55.52 KJ/mol,47.50 KJ/mol,45.54KJ/mol,对罗丹明B染料的吸附焓变△H分别为15.29 KJ/mol,15.08 KJ/mol,25.44KJ/mol,17.49 KJ/mol,14.75 KJ/mol,表明染料吸附过程为吸热过程,在一定范围内,升高温度促进吸附反应的进行;MS-10,MS-15,MS-20,MS-25,MS-30对亚甲基蓝染料的吸附熵变△S分别为175.48 KJ/mol,192.6 KJ/mol,216.59 KJ/mol,188.03KJ/mol,180.55 KJ/mol,对罗丹明B染料的吸附熵变△S分别为70.15KJ/mol,69.49KJ/mol,105.1 KJ/mol,76.59 KJ/mol,66.18 KJ/mol,表明介孔材料吸附染料的过程中增加了固液界面体系的混乱度;在不同温度下,洋葱状介孔材料对亚甲基蓝和罗丹明B染料的吉布斯自由能变△G均小于0,表明该吸附反应是自发进行的。