介孔分子篩在改善環(huán)境方面的研究進(jìn)展

陳鵬　潘健民　周雅菲

【摘 要】 為了研究介孔分子篩在環(huán)保方面的應(yīng)用及研究進(jìn)展，綜述了介孔分子篩的類型及各自在環(huán)保方面的應(yīng)用。結(jié)果表明，介孔分子篩主要包括硅基介孔分子篩、改性硅基介孔分子篩、非硅基介孔分子篩三大類，它們在選擇性吸附氣體、催化反應(yīng)以及處理染料廢水方面有重要應(yīng)用，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的反應(yīng)材料，從而對環(huán)境起到更好的凈化作用。

【關(guān)鍵詞】 介孔分子篩 吸附 催化 廢水

自從1992年以M41S為代表的介孔分子篩[1]合成以來，目前已得到科學(xué)家的廣泛關(guān)注，從合成方法、表征手段等方面進(jìn)行了深入研究，使其以較快的發(fā)展速度廣泛應(yīng)用于吸附、分離、催化等領(lǐng)域。本文主要介紹MCM-41、MCM-48、SBA-15、FSM-16等幾種對環(huán)保方面有重要作用的介孔分子篩，同時(shí)分析說明各種類型的分子篩的應(yīng)用前景和發(fā)展方向。

1 MCM-41型介孔分子篩

MCM-41型分子篩具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)、孔徑分布狹窄（2～10rim）、孔容大和比表面積高等特點(diǎn)，有利于大分子在其孔道內(nèi)的有效擴(kuò)散。[2]因此，MCM-41型分子篩可以對有害氣體、廢水中的重金屬離子進(jìn)行有效吸附，同時(shí)還具有很高的光催化性能。值得關(guān)注的是，純態(tài)MCM-41的催化和吸附作用和改性后的MCM-41會(huì)有較大的差異性，因此，國內(nèi)很多科研人員致力于在原有的合成MCM-41的方法上，通過改變MCM-41孔徑、添加雜原子等方法，提升MCM-41的吸附、分離、催化性能。

1.1 吸附作用

純態(tài)的MCM-41對Cd2+的吸附作用受一些客觀條件的限制。楊靜等[3]分別在堿性條件（NaOH）、四乙基氫氧化銨、酸性條件（HCL）下合成了MCM-41-N、MCM-41-T、MCM-41-H三種MCM-41分子篩，發(fā)現(xiàn)MCM-41-H的分子篩孔徑最大。同時(shí)他們還研究了三種材料用料相同的情況下，溶液的PH值對三種材料吸附Cd2+的影響。結(jié)果表明，溶液的PH值和分子篩的孔徑越大，對Cd2+的吸附效果越好。

改性的MCM-41介孔分子篩對于特定的雜原子有良好的吸附作用。由于其具有發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)和大的比表面，可以用來吸附磷等有機(jī)物。龍俞霖等[4]研究錨定的金屬離子-螯合物的介孔分子篩，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，比表面積大的分子篩能夠負(fù)載更多的螯合物，導(dǎo)致更多的金屬陽離子能夠在分子篩上錨定，具有非常良好的吸附磷能力，吸附速率快，吸附容量很大。這在一定程度上說明了改性分子篩的特殊吸附能力。

1.2 光催化性能

光催化降解技術(shù)可在常溫常壓條件下徹底地將有機(jī)污染物礦化為二氧化碳和水，避免了產(chǎn)生毒性中間體和環(huán)境二次污染的問題。[5]光催化劑一般采用TiO2、CdS、SnO、ZnO或ZnS等n型納米半導(dǎo)體材料，其中TiO2由于物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、光催化活性強(qiáng)、無毒、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)成為研究的首選。[6]王剛等[7]在超臨界二氧化碳（SC—CO2）溶媒中，以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，利用超臨界溶媒的高傳質(zhì)性能將鈦的前驅(qū)體運(yùn)送到硅基分子篩MCM一41的內(nèi)壁，合成了TiO2-MCM-41介孔分子篩催化劑。使用合成的材料對甲基橙模擬污水進(jìn)行了脫色測試.其脫色效果隨催化劑用量，照射時(shí)間及pH變化而變化。在比較理想的條件下，可以達(dá)到完全脫色的效果。此方法操作簡潔，光催化性能優(yōu)異，對工業(yè)廢水有很好的處理效果。

2 SBA-15型分子篩

氨氮廢水現(xiàn)在作為生活、工業(yè)排放的廢水，傳統(tǒng)工藝脫氮效果較好，但存在流程長，反應(yīng)器大，占地多，能耗大，再生困難，費(fèi)用高等問題。

乙腈是一種揮發(fā)性氣體，一旦大量排放到空氣中就會(huì)對人畜造成傷害。曹宇[8]等在合成SBA-15純分子篩的基礎(chǔ)上，通過Cu、Mo等金屬的負(fù)載，發(fā)現(xiàn)Cu-SBA-15催化劑表現(xiàn)出優(yōu)良的催化活性和選擇性，在200—700℃溫度范圍內(nèi)，脫除含氰廢氣可達(dá)約100%，反應(yīng)后的目標(biāo)氣體N2產(chǎn)率可達(dá)80%左右，CO2幾乎為唯一含碳產(chǎn)物，很好地達(dá)到了催化凈化含氰廢氣的目的。

3 MCM-48型分子篩

目前，偶氮染料的生產(chǎn)在染料中占80%以上，已成為我國印染工業(yè)使用的最主要的染料。這類染料在生產(chǎn)和應(yīng)用過程中嚴(yán)重污染環(huán)境，其廢水的組成復(fù)雜、COD濃度高、色度深，長期以來都是污水治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)[9]。針對此類染料廢水，使用零價(jià)鐵降解有害物質(zhì)，破壞生色集團(tuán)十分有效，但COD去除率不高[10]-[11]。潘健民[12]等用MCM-48介孔分子篩與零價(jià)鐵協(xié)同處理偶氮染料廢水，強(qiáng)化和去除了部分COD，使得染料廢水的處理效率進(jìn)一步提升。

另外，聶平英[13]等采用水熱晶化法及碳化進(jìn)一步合成了不同鎢含量的WxC-MCM-48，并用噻吩作為模型化合物對其加氫脫硫催化性能進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明，W含量較高的WxC-MCM-48具有良好的催化脫硫性能。

4 FSM-16型分子篩

苯酚是一種重要的有機(jī)化工原料。但合成苯酚的傳統(tǒng)方法異丙苯法[14]卻會(huì)對環(huán)境造成污染，H2O2是一種清潔、無污染的物質(zhì)，同時(shí)其化學(xué)反應(yīng)溫和。高肖漢等[15]利用金屬改性的FSM-16型分子篩研究了其催化性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：用釩改性的分子篩催化反應(yīng)的性能最好，苯酚的選擇性極高。這對于直接催化氧化苯合成苯酚的研究起到了重要的推進(jìn)作用。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，國家對于環(huán)境方面的問題越來越重視，對各種標(biāo)準(zhǔn)的要求逐漸提高，一個(gè)“最大限度減少污染物的排放，引領(lǐng)綠色化學(xué)”的時(shí)代是人們的美好愿望。介孔分子篩由于具有高度有序的孔道結(jié)構(gòu)，較大的比表面積，同時(shí)合成步驟簡單，有的甚至可以重復(fù)利用。這些優(yōu)勢使得介孔分子篩成為環(huán)境保護(hù)方面的新興力量。相信在不久的將來，介孔分子篩可以真正成為減少環(huán)境污染的中堅(jiān)力量。

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