[应用]纳米二氧化硅广泛应用于电子封装材料、高分子复合材料、塑料、涂料、橡胶、颜料、陶瓷、胶黏剂、玻璃钢、药物载体、化妆品及抗菌材料等领域。在废水处理领域，纳米二氧化硅可作为吸附剂、脱色剂等。

胡萍等采用发射光谱研究了不同pH值和不同Eu初始浓度条件下，Eu在纳米二氧化硅-水界面的吸附特征。研究发现，当pH值低时，Eu在纳米二氧化硅表面的吸附很少，随着pH值的增加，Eu在纳米二氧化硅表面的吸附急剧增加，当pH>6时，几乎所有Eu都被吸附。研究同时表明，吸附在纳米二氧化硅与水界面的Eu离子种类也取决于pH值：当pH<5时，吸附的Eu主要为Eu³⁺水合离子：当pH>5时，吸附的Eu主要为Eu(CO₃)⁺，甚至Eu(CO₃)₂离子。吸附的机理除了静电吸引外，更重要的是这些离子与纳米二氧化硅表面形成化学键，即表面化学吸附。

杨娜等采用氨基改性介孔二氧化硅去除水中的铜离子，表4-20给出了三次循环吸附数据。第一次循环吸附结束后，含铜溶液浓度从303.8mg/L减少到84.6mg/L，移除量高达72%，利用硝酸解吸附后的材料进行第二、第三次循环时，溶液浓度仅仅减少至242.5mg/L和245.7mg/L，移除量迅速减小，只有第一次循环移除量的1/3。原因可能是第一次吸附时，氨基改性介孔二氧化硅孔道中氨基含量均匀且较多，在吸附过程中大部分与铜离子发生螯合反应，所以能移除大量铜离子。第二、三次循环时，循环使用的介孔材料中的氨基差不多耗尽，则吸附量急速减小，此时主要依靠孔道对铜离子的物理吸附。如果几次循环后想提高吸附能力，可对回收的吸附材料再次进行氨基嫁接。

表4-20 氨基改性介孔二氧化硅对铜离子的循环吸收

胺接枝二氧化硅有望用于选择性吸附剂，特别适用于环境污染控制及催化等应用。例如，Lasperas等(1997)和Angeletti等(1998)将胺功能改性MCM-41和硅凝胶用作Knoevenagel缩合反应所需的高效、可再生催化剂。Leal等(1995)研究了二氧化硅在表面键合胺的硅凝胶上的吸附作用，尽管吸附量(1atm CO₂时为0.3mmol/g)很低。Huang等(2003)在进一步的研究工作中制备出对CO₂和H₂S具有高吸附量和选择性的吸附剂。

他们的工作可简要归纳为：所用实验材料为二氧化硅干凝胶和MCM-48。干凝胶采用标准技术由四乙氧基硅烷(TEOS)制备；MCM-48采用Schumacher等(2000)的技术制备。使用这些含硅材料是因为它们具有高比表面积(干凝胶为816m²/g，MCM-48为1389m2/g)、高硅醇羟基数(干凝胶和MCM-48分别约为5和8)以及高热稳定性(MCM-48比MCM-41更稳定)。接枝改性剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。

二氧化硅干凝胶和MCM-48的覆盖量分别为1.7mmolCH₂ CH₂CH₂ NH₂/(g吸附剂)和2.3mmol CH₂CH₂CH₂NH₂/(g吸附剂)。未改性的MCM-48在3743cm^-1位置出现一个属于表面自由羟基的尖锐峰。此外，也能在3540cm^-1处(谱带)观察到硅醇羟基与氢键相互作用。与3-氨丙基三乙氧基硅烷发生表面反应后，表面羟基IR谱带消失，表明所有表面羟基均与硅烷反应消耗。3368cm^-1和3298cm^-1处的谱带属于NH₂基团的非对称和对称伸缩振动。1590cm^-1谱带为NH₂剪式振动。2931cm^-1和2869cm^-1谱带属于CH₂CH₂CH₂NH₂基团中CH伸缩振动。胺接枝二氧化硅稳定性较好，即使加热到350℃，FTIR光谱也观察不到变化。

胺接枝二氧化硅具有很高的CO₂和H₂S吸附容量和吸附速率。水的存在可显著促进CO₂的吸附，但对H₂S吸附没有明显影响。事实上，根据反应式，水存在条件下的CO₂吸附量是无水时的2倍。

相关链接：纳米二氧化硅制备实例

文章来源：《水处理化学品手册》

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