中文摘要：

硅气凝胶是近年发展起来的一种新型轻质纳米多孔材料，具有比表面积大，表面修饰简单易行等优点，在环境吸附领域具有广泛的应用前景。本项目提出针对有机污染物的物理化学特性，制备具有与之匹配的疏水/亲水表面及特征官能团的硅气凝胶吸附剂，采用溶胶凝胶、常压干燥等制备技术，优化其特征官能团的组装和修饰方法；采用原位ATR/FTIR等手段，系统表征吸附剂的表面与结构特性，阐明吸附剂与典型有机物相互作用机制，优化吸附去除水中典型疏水和亲水性有机污染物的反应过程，建立基于特征官能团修饰的硅气凝胶吸附剂净水工艺原理，为该技术的广泛应用提供科学依据。

结论摘要：

本项目针对饮用水中存在的亲脂性有机污染物和络合态重金属，制备了硅气凝胶、赋磁硅气凝胶吸附材料和三氨基改性的介孔硅吸附材料，对其制备原理、最佳制备条件及表面特性进行了研究，并分别以异狄氏剂和络合态铜为模型污染物，系统研究了其吸附效能。以工业水玻璃为硅源，通过溶胶－凝胶，分别采用三甲基氯硅烷（TMCS）和六甲基二硅胺烷（HMDZ）进行表面改性，在常压条件下干燥制备得到疏水性硅气凝胶SA_TMCS和SA_HMDZ，其比表面积高达770 m2？g-1，孔径范围为9~15 nm，孔隙率为80%以上，硅气凝胶接触角大于115°，具有很强的疏水性。进一步制备了掺杂纳米Fe3O4颗粒的赋磁硅气凝胶（MSA），其接触角为113°~116°，比表面积为589 m2？g-1，孔径范围在2~5 nm间，孔隙率为70% 左右。赋磁吸附材料表现出超顺磁性，利于使用磁力进行固液分离。硅气凝胶SA_TMCS和赋磁硅气凝胶对异狄氏剂表现出良好的吸附效能，约12小时达到吸附平衡，吸附行为符合Freundlich吸附等温线模型及准二级动力学模型，SA_TMCS由于其较大的比表面积以孔结构性质，其吸附速率及吸附容量高于MSA；MSA对异狄氏剂的吸附能力高于颗粒活性炭等其它吸附材料，其Kf值最高约为GAC的10倍左右，加之其利于磁性分离的特性，具有良好的工程应用价值。针对水中低浓度络合态重金属，研制了一种三氨基功能化硅基材料NNN-SBA-15，研究了其对水中低浓度Cu(II)-EDTA（0.1 mmol/L）络合物的吸附效能。结果表明，介孔硅基材料NNN-SBA-15对于Cu(II)-EDTA络合物的吸附在2分钟内可达吸附平衡，吸附等温线符合Langmuir型方程式，最大吸附容量可达26.3 mg/g（以Cu计）。较高的离子强度（0.1 mol/L NaNO3）影响Cu(II)-EDTA的去除效果，而在一定的温度范围内（15 ~ 35 °C），吸附剂对其吸附容量未发生明显改变。酸性条件下，EDTA的共存能够显著提高吸附剂对Cu的吸附容量。XPS光谱分析结果表明吸附机理主要是通过吸附剂NNN-SBA-15表面质子化的氨基基团和Cu(II)-EDTA离子之间的静电作用实现的。