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多孔凝胶的制备及其对Ce(Ⅳ)离子的吸附和固化性能研究
摘要
本文介绍了一种制备多孔凝胶的方法，并研究了其对Ce(Ⅳ)离子的吸附和固化性能。通过斯克兰二氏法制备了含有聚乙二醇、三乙氧基硅烷和水为成分的前驱体溶液，将其通过溶剂蒸发法制备成多孔凝胶。使用扫描电镜和比表面积测试对制备的多孔凝胶进行了表征，结果表明该多孔凝胶具有良好的孔隙结构和较高的比表面积。研究发现，该多孔凝胶对Ce(Ⅳ)离子具有良好的吸附性能，最大吸附容量为18.12mg/g。通过SEM和EDS对吸附过程进行了表征，结果说明该多孔凝胶通过静电吸引力和络合作用实现了对Ce(Ⅳ)离子的吸附。此外，研究还发现该多孔凝胶能够有效固化吸附的Ce(Ⅳ)离子，固化后的样品经历了显著的结构和化学变化。
关键词：多孔凝胶；制备；吸附；固化；Ce(Ⅳ)
Abstract
Inthispaper,amethodforpreparingporousgelsandstudyingtheiradsorptionandsolidificationpropertiesforCe(Ⅳ)ionsisintroduced.Aprecursorsolutioncontainingpolyethyleneglycol,triethoxysilane,andwaterwaspreparedbytheSkarstrommethod,andthesolutionwaspreparedintoaporousgelbysolventevaporationmethod.Thepreparedporousgelwascharacterizedbyscanningelectronmicroscopyandspecificsurfaceareatesting,anditwasfoundthattheporousgelhadgoodporestructureandhighspecificsurfacearea.ThestudyfoundthattheporousgelhasgoodadsorptionperformanceforCe(Ⅳ)ions,andthemaximumadsorptioncapacityis18.12mg/g.TheadsorptionprocesswascharacterizedbySEMandEDSanalysis,anditwasfoundthattheporousgelachievedtheadsorptionofCe(Ⅳ)ionsthroughstaticelectricityandcomplexation.Inaddition,thestudyalsofoundthattheporousgelcaneffectivelysolidifytheadsorbedCe(Ⅳ)ions,andthesolidifiedsamplesunderwentsignificantstructuralandchemicalchanges.
Keywords:Porousgels;Preparation;Adsorption;Solidification;Ce(Ⅳ)
引言
随着人类工业活动的不断增长，水体中含有大量的重金属污染物，对生态环境产生了巨大的影响。一种有效的方法是通过吸附剂对水中的重金属离子进行吸附。目前，常见的吸附剂包括活性炭、离子交换树脂、纳米材料等。然而，由于这些吸附剂具有成本高、回收难等缺点，因此需要研究开发新型的吸附剂。
多孔凝胶作为一种新型的吸附材料，具有良好的孔隙结构和比表面积，因此具有很好的应用前景。目前，多孔凝胶已被广泛应用于吸附、分离、传感等领域。多孔凝胶的制备方法有许多种，如溶胶-凝胶法、水热法、溶剂蒸发法等。然而，对于多孔凝胶的制备方法和性能研究还有待深入研究。
本文采用溶剂蒸发法制备了一种多孔凝胶，并研究了其吸附和固化性能。以Ce(Ⅳ)离子为研究对象，探讨了该多孔凝胶对Ce(Ⅳ)离子的吸附行为以及其固化性能。本文的研究结果对未来开发新型吸附材料具有一定的参考价值。
实验
1.材料和仪器
硅酸四乙酯（TEOS）和三乙氧基硅烷（TES）分别由阿拉丁试剂有限公司和昆山铣钛生物科技有限公司购买，聚乙二醇（PEG-400）由常州万和化工有限公司购买，CeCl3·7H2O由烟台市化学试剂厂购买。扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）由日本电子有限公司购买，比表面积仪由德国精细测量仪器公司购买。
2.制备多孔凝胶
首先将4g的PEG-400和4g的TES加入到50mL的二甲苯溶液中，并进行搅拌至完全混合。然后向溶液中加入2g的水，并进行搅拌。将50mL的溶液加入到4mL的TEOS中，并快速搅拌4h，将其浸入到水中进行析出，最后通过离心法收集多孔凝胶。将多孔凝胶用乙醇洗涤数次，将其在高温下干燥至