锆掺杂SBA-15介孔材料的原位一锅法合成及其亚甲基蓝吸附性能研究：基于含锆硅渣的资源化利用

本研究创新性地以含锆硅渣(ZSR)为硅源，通过一锅水热法成功制备锆掺杂SBA-15(Zr-SBA-15)介孔材料。系统揭示了自组装温度(25-40°C)和SiO2:Na2O摩尔比(最佳1.07)对材料结构的影响机制，所获材料具有846 m2/g比表面积和5.37 nm均一孔径，对亚甲基蓝(MB)最大吸附量达475.4 mg/g。研究为工业固废高值化利用提供了新范式。

　　

Highlight亮点聚焦

本研究首次系统阐明了含锆硅渣(ZSR)中金属离子对Zr-SBA-15合成过程的协同效应，在温和自组装条件下(40°C)成功制备出高度有序的介孔材料。通过吸附实验证实，材料对亚甲基蓝(MB)的吸附同时涉及物理作用(范德华力和静电相互作用)和化学机制(氢键及金属离子配位络合)。

Materials and methods材料与方法

实验采用内蒙古工业大学提供的ZSR(成分见表1S)，以Pluronic P123(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)为模板剂，通过一锅水热法合成。采用SAXS(小角X射线散射)和N₂吸脱附等表征手段，系统研究了SiO₂:Na₂O摩尔比和温度对材料介观结构的影响。

Results and discussion结果与讨论

研究发现：1) Zr⁴⁺显著拓宽了合成窗口，使材料在25-40°C均可形成有序介孔；2) 最佳条件下(40°C, SiO₂:Na₂O=1.07)制备的ZrSBA-1.07-40具有846 m²/g的比表面积和5.37 nm的均一孔径；3) 碱性条件下MB吸附遵循准二级动力学和Temkin等温模型，最大吸附容量达475.4 mg/g。

Conclusion结论

该研究不仅为ZSR的高值化利用提供了新思路，更为工业固废中矿物组分的功能化应用开辟了新途径。所开发的Zr-SBA-15材料在染料废水处理领域展现出良好的工业应用前景。