含镁多孔性材料的制备与性能研究
我国镁资源丰富，大量镁资源得不到利用，浪费了资源，污染了环境，迫切需要开发大规模利用镁盐的新领域。本研究以镁盐(MgCl2·6H2O)和商品硅胶、硅溶胶为原料，分别采用浸渍法、溶胶-凝胶法、水热法等多种方法，制备出镁化合物改性硅胶和多孔硅酸镁两个系列的新型含镁多孔材料。采用比表面积及孔径分析、傅立叶变换红外光谱分析、X射线衍射分析和热分析等现代分析手段对产物进行了分析表征。评价了这些多孔材料对水体污染物(染料、金属离子、氟离子)、空气中水蒸气和二氧化硫的吸附脱除性能。
浸渍法制备氯化镁改性硅胶，对水蒸气的吸附量可以与目前广泛应用的氯化钙改性硅胶干燥剂吸水性相当。经过两级脱水后得到的低水合氯化镁改性硅胶，其比表面积为232.35 m2·g-1、孔径为10.95nm。氯化镁改性硅胶不是氯化镁与硅胶的简单物理混合，而是氯化镁填充到硅胶的孔隙中，既充分利用了硅胶大的比表面积和孔结构，又充分发挥低水合氯化镁的强吸湿性，根据改性硅胶中镁含量不同，复合干燥剂的吸湿能力可以增加为硅胶的10～30倍，克服了单-硅胶干燥剂吸湿量小的缺点，同时避免了氯化镁的液解现象。根据不同的吸湿要求，可以通过两级脱水制备出氯化镁含量从0.1％到30％的一系列改性硅胶干燥剂，满足不同条件下的空气除湿要求。
采用过量浸渍、等体积浸渍和浸渍沉淀三种方法，制备出氧化镁改性硅胶，对三种制备方法得到的改性硅胶进行吸附性能综合评价，发现：等体积浸渍法制备改性硅胶具有方法简单、产物比表面积大、吸附性能好的优点。控制制备过程中氯化镁浓度，采用多次浸渍的方法，将硅胶加入氯化镁浸渍液中，在25℃恒温振荡浸渍24 h后，于500℃焙烧4 h，可以得到氧化镁含量高、吸附性能好的氧化镁改性硅胶。
采用氯化镁和硅溶胶为原料，溶胶凝胶法制备多孔硅酸镁。不断搅拌下，向氯化镁中逐滴加入硅溶胶，调节混合物体系的pH值为10，待原料完全混匀后，加入聚丙烯酰胺絮凝剂，陈化24 h后，在750℃焙烧1 h。根据混合物中镁含量不同，可以制备出一系列针对不同性质污染物的复合吸附剂。根据多孔硅酸镁中镁和硅的不同配比，吸附剂的比表面积从14.18 m2·g-1到177.37 m2·g-1变化。
通过对水中污染物包括金属离子、染料和氟离子的吸附，研究不同种类含镁多孔材料的性能。考察了吸附时间与温度、污染物初始浓度、溶液初始pH值及环境盐度对吸附性能的影响，发现：在实验温度范围内，几种含镁多孔材料对污染物的吸附均遵循伪二级动力学模型，吸附过程可用Langmuir吸附等温式、Freundlich吸附等温式和D-R吸附等温式描述。相同试验条件下，氧化镁改性硅胶和多孔硅酸镁对染料、金属离子和氟离子的吸附量分别为硅胶的5～30倍。
氧化镁改性硅胶对二氧化硫的吸附能力随吸附剂用量的增大而增强，随气体流速的增加而降低，水蒸气的存在有利于吸附过程的进行。改性硅胶的脱硫能力明显高于商品硅胶，在相同的实验条件下，改性硅胶对二氧化硫的吸附量约为商品硅胶的5～7倍。吸附机理研究表明：有水蒸气存在的情况下，二氧化硫可以进入硅胶发达的孔隙中，也可以与复合物中硅胶上负载的氧化镁反应生成MgSO3，提高吸附效率。
上述研究结果表明，利用镁盐(主要是MgCl2·6H2O)和硅胶、硅溶胶制备的一系列含镁多孔材料具有较好的吸附性能和广阔的应用前景。本研究中首次将氯化镁和硅胶、硅溶胶作为研究对象制备新型含镁多孔材料，并应用于空气除湿和污染物脱除领域。为卤水中镁盐的大规模使用提供了新思路，同时制备出一种可用于治理污染物的新型吸附材料，达到了双向治理的目的。
含镁多孔性材料;改性硅胶;污染物治理;吸附材料
中国海洋大学
博士
海洋化学工程与技术
王海增
2009
中文
TF125.6
228
2009-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）