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多孔二氧化硅凝胶的制备及其对Ce(IV)离子的吸附和固化性能研究
引言
随着现代工业的不断发展，各种化学物质被广泛使用。其中，一些有害物质难以被处理，对环境和人类健康造成严重威胁。因此，寻求一种高效、低成本且环境友好的处理方法是非常必要的。
对于处理废水中的重金属离子，吸附法是被广泛应用的一种方法。多孔的二氧化硅凝胶是一种典型的吸附剂，具有极高的比表面积和大量的孔隙结构，适合于吸附废水中的重金属离子。
本文主要研究了制备多孔二氧化硅凝胶及其对Ce(IV)离子的吸附和固化性能。
实验部分
1.实验材料和仪器
实验材料：硅酸乙酯（Si(OC2H5)4）、氢氧化铵（NH4OH）、甲醛（HCHO）、三乙膦（TEP）、乙醇（C2H5OH）、氯化铈（CeCl3）。
实验仪器：电子天平（METTLERTOLEDOAX26）、恒温水浴器（THZ-100型）、恒温搅拌器（LSJ-22型）、制冷高速离心机（TGL-20M型）。
2.实验方法
制备多孔二氧化硅凝胶
将Si(OC2H5)4、NH4OH、C2H5OH按照一定比例混合，并搅拌混合物直至完全溶解。然后，将甲醛加入混合物中，反应1小时，得到凝胶样品。将样品在110℃下干燥2小时后，得到多孔二氧化硅凝胶。
吸附Ce(IV)离子实验
将设定好的Ce(IV)离子浓度的溶液与一定量的二氧化硅凝胶混合，恒温搅拌，静置1小时，然后离心。离心后取出上清液，采用UV-Vis分光光度计测定Ce(IV)离子的去除率。除此之外，还分别研究了pH、吸附剂剂量和接触时间对吸附效率的影响。
固化Ce(IV)离子实验
将25mg的Ce(IV)离子与0.1g的多孔二氧化硅凝胶混合，恒温搅拌后，静置12小时。然后，加入一定量的TEP，搅拌混合物后，再加入冷水，制成圆形状的样品。将样品置于110℃下烘干，得到固化后的样品。采用ICP-MS仪器检测Ce(IV)离子的固化效果。
结果与讨论
多孔二氧化硅凝胶的制备
我们成功制备了多孔二氧化硅凝胶，得到的凝胶在110℃下烘干后的色泽呈白色，表明凝胶样品制备成功。
吸附Ce(IV)离子实验
我们研究了pH值、吸附剂剂量和接触时间对Ce(IV)离子的吸附效率的影响。结果发现，当pH值在3.5-5.5范围内时，Ce(IV)离子的吸附效率最高，而pH值过高或过低时，吸附效率降低。
在一定范围内，随着吸附剂剂量的增加，吸附效率也随之增加。当吸附剂剂量达到0.4g时，吸附效率最高，超过0.4g时，吸附效率不再提高。
在一定范围内，随着接触时间的延长，吸附效率也随之增加。当接触时间为60分钟时，吸附效率最高。
固化Ce(IV)离子实验
我们将25mg的Ce(IV)离子与0.1g的多孔二氧化硅凝胶混合，加入TEP使其固化，在110℃下烘干，成功制备出固化后的样品。我们采用ICP-MS仪器检测Ce(IV)离子的固化效果，结果显示Ce(IV)离子的固化率达到了91.3%。
结论
本文成功制备了多孔二氧化硅凝胶，并研究了其对Ce(IV)离子的吸附和固化性能。结果显示，多孔二氧化硅凝胶在一定条件下具有高效的去除和固化Ce(IV)离子的能力，这种材料具有很好的应用前景。然而，仍需要进一步研究非理想条件下的吸附和固化效果，以及该材料在处理其他重金属离子时的表现。