有序介孔硅负载纳米零价铁对环状硝基污染物的协同去除(5)
1.4.2.3 多孔载体负载
目前，这些研究所用的载体包括氧化硅[25]、活性炭[26]、碳黑[27]、离子交换树脂[28] 、有机膨润土[29]等。然而，采用这些传统的多孔材料对零价铁颗粒进行分散时，其固有的孔径分布较宽的缺陷，只能得到具有随机粒径分布的复合材料[30]。以SBA-15和CMK-1为代表的有序介孔材料具有孔道大小均匀、规则排列的结构特征，因而在吸附、物料传递等方面更加具有优势。目前，在有序介孔基体中制备纳米零价铁的研究还鲜见报道。
1.5 有序介孔材料的发展及应用
1.5.1 介孔材料概述
根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义，依据孔径尺寸大小的差异可以将多孔材料分成三类，其中孔径介于2~50 nm的为介孔(mesoporous)；孔径小于2 nm的为微孔(microporous)；孔径大于50 nm的为大孔(macroporous)。微孔材料和大孔材料分别因孔道太小和孔径分布过宽，应用受到严重局限；介孔材料(例如气溶胶、层状粘土、MCM-41、SBA-15等)具有高比表面积、大孔容、规则的孔道结构、均一且连续可调（2~50 nm）的孔径、较好的机械和水热稳定性，同时材料表面易于功能化修饰，在大分子吸附、催化、环境保护、生物医药等多个领域具有广阔的应用前景[30]。
1998年赵东元以及Stucky[31]首次采用双亲性三嵌段共聚物聚环氧乙烷(PEO)-聚环氧丙烷(PPO)-聚环氧乙烷(PEO)作为模板剂合成出具备二文吹冰方结构(P6mm)的有序介孔氧化硅材料SBA-15。该材料具有较大的孔径尺寸和较厚的孔壁 （最大孔径为30nm，壁厚则在3~9nm之间）、分布规整的孔道、较好的机械及水热稳定性，此外SBA-15的孔壁上存在的微孔结构[32]也扩大了其潜在的应用领域。同时，SBA-15所采用的模板剂为商品化试剂，较MCM-41使用的模板剂价格更为低廉，这为有序介孔材料的商品化生产提供可能。SBA-15的成功合成被研究人员认为是介孔材料合成领域所取得的突破性进展。
1.5.2 有序介孔氧化硅SBA-15的形貌调控
SBA-15是一类具有广泛应用价值的有序介孔氧化硅材料，因此有关SBA-15形貌调控的研究受到科研人员的广泛关注，相关研究报道也较多。Zhao[33]通过控制合成条件，如在体系中添加无机盐（如NaCl, LiCl等）；使用共模板剂、助溶剂；添加强电解质；选择不同种类的硅源调控水解速度；控制搅拌速度等，有选择性地合成了一系列形貌迥异的SBA-15。Kónya[34]通过加入一定量的金属锰离子，在酸性条件下合成了形貌为分枝状的SBA-15。Fahn[35]通过2M HCl调节，最终在特定的酸性条件下合成了形貌为塔状的SBA-15。Jin研究不同合成条件对SBA-15形貌的影响：采用一步法，通过改变酸物种、反应温度、酸性强弱以及所添加无机盐的浓度能可控合成具有短柱状、球形、吹冰方板状形貌的SBA-15；采用两步法，在弱酸性条件下，通过调节溶液的酸性大小(从pH=1.02~2.61)，依次获得具有不规则晶体状、球形以及聚合球形状形貌的SBA-15。
传统SBA-15多呈纤文状，孔道长（微米级）且内在活性较低，物质在长孔道内的分子扩散以及孔道堵塞是其应用面临的主要问题。短孔道有序介孔材料因其有利于物质在孔道内的传输和扩散受到了研究人员的广泛关注。尤其是具备规整形貌的短孔道有序介孔材料，在酶固定、催化以及吸附等众多领域具有潜在的应用价值。Zhao[36]课题组通过添加高浓度KCl溶液，合成了形貌为短棒状的SBA-15，对比溶菌酶在短棒状以及传统形貌SBA-15上的固定化，发现短棒状SBA-15的酶固定化速度要远远快于传统SBA-15，最大酶固定量也达到了传统SBA-15的数倍之多，形貌结构是影响介孔材料固定化效果的关键性因素。Zhang[37]在存在NH4F的情况下加入大量癸烷作为助溶剂，首次合成了呈长方体状形貌的短孔道SBA-15，并以其为载体制备了载银型催化剂；催化剂上银纳米粒子高度分散，且催化剂对甲烷转化具有良好的活性和稳定性。Sujandi[38]通过硅酸钠与氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的共缩聚作用，在强酸条件下制备了具备吹冰方板状形貌的短孔道NH2-SBA-15；在Knoevenagel缩合、 Claisen-Schmidt缩合等液相反应中，相比传统长孔道SBA-15催化剂，短孔道SBA-15催化剂显示出更为显著优越的催化活性，短孔道更利于物质传递、扩散的特性是催化剂活性显著提高的重要因素。Chen[39]通过加入微量ZrOCl2•8H2O，在强酸条件下一步合成出具有板状形貌的短孔道有机功能化SBA-15；有机大分子染料C20H11N2Na3O10S3的吸附实验结果表明相比长孔道SBA-15，短孔道SBA-15的吸附速度更快、吸附量更大，短孔道材料有助于促进分子扩散和减少孔道阻塞。本实验就是通过合成短孔道的SBA-15（即ZCS）负载NZVI以达到更好的处理效果。
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