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载铁TiO2纳米管吸附去除水中As（Ⅴ）的研究

作　者: 孟繁春
导　师: 安立超；江芳
学　校: 南京理工大学
专　业: 环境工程
关键词: 载铁TiO2纳米管 浸渍法 五价砷 吸附
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


以水热法制备的Ti02纳米管(Titania Nanotubes,简称TNT)为基体,FeCl3为铁源,采用浸渍法在Ti02纳米管表面负载铁,将材料在马弗炉中焙烧后,得到载铁Ti02-纳米管(记为Fe/TNT)。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、BET比表面积分析及X-射线光电子能谱(XPS)等分析手段对TNT及Fe/TNT进行了表征,考察了Fe/TNT对水中五价砷的吸附效果。表征结果表明,Ti02纳米管载铁后晶型出现一定的变化,其中锐钛矿晶型的衍射峰强度减弱,当浸渍液HCl浓度增大至3 mol/L时,锐钛矿的晶型变化更加明显,并开始出现Fe203的特征峰。TEM与BET比表面积分析结果显示,在0.1mol/L HCl浸渍条件下制备的Fe/TNT的结构与未载铁的Ti02纳米管相比没有明显变化,比表面积从298.2 m2/g下降至233.9 m2/g。但在3 mol/L HC1浸渍条件下制备的Fe/TNT出现结块和堆积现象,管状结构被破坏。XPS结果显示在0.1 mol/L HC1浸渍条件下制备的Fe/TNT的载铁量为3.43%,且负载后的铁以Fe203形式存在于纳米管表面或晶格内部。以制备的载铁Ti02纳米管(Fe/TNT)为吸附剂分别考察了其对水中低浓度As(V)及高浓度As(V)的吸附去除效果,并用Langmuir吸附等温模型对吸附过程进行了拟合。对于低浓度的As(V)来说,低温环境更有利于吸附的进行,且吸附存在一个最佳pH值。在pH值为3.5的溶液环境中,15℃下吸附8h后,Fe/TNT对As(V)的吸附量达到35.5 mg/g,而在相同的条件下,Ti02纳米管(TNT)对As(V)的吸附量只有10.5 mg/g；对于高浓度As(V)的吸附,同样是在低温及酸性的溶液环境中更有利于吸附,但吸附达到平衡的时间比低浓度As(V)要短。实验还考察了S042-、P043-等几种离子与As(V)共存时对吸附效果的影响及Fe/TNT的再生情况,结果显示S042-对As(V)吸附的影响不大,而加入P043-后Fe/TNT对As(V)的吸附量下降了近40%。用NaOH溶液对Fe/TNT的脱附再生性能进行了考察,结果表明,随着NaOH溶液浓度的升高,脱附效果越好,但当NaOH溶液浓度大于0.5 mol/L时,脱附率都能达到90%；实验中用1 mol/L的NaOH溶液对Fe/TNT脱附40min,脱附率达到90.2%。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-25
  1.1 常用除砷技术的研究  10-13
    1.1.1 混凝法  11
    1.1.2 吸附法  11
    1.1.3 离子交换法  11-12
    1.1.4 生物法  12
    1.1.5 反渗透  12
    1.1.6 氧化法  12-13
  1.2 砷的吸附理论研究  13-16
  1.3 除砷材料的研究  16-18
    1.3.1 氢氧化铁对As(V)的吸附作用  16-17
    1.3.2 Fe_2O_3对As(V)的吸附作用  17
    1.3.3 铁铝氧化物对As(V)的吸附作用  17-18
    1.3.4 MnO_2对As(V)的吸附作用  18
    1.3.5 其他除砷吸附剂  18
  1.4 TiO_2纳米管的研究现状  18-21
    1.4.1 TiO_2纳米管的制备方法  19-20
    1.4.2 纳米TiO_2载铁应用研究  20-21
    1.4.3 载铁TiO_2纳米管制备方法  21
  1.5 水中砷的检测分析方法  21-23
    1.5.1 新银盐分光光度法  21-22
    1.5.2 二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法  22
    1.5.3 氢化物发生-原子吸收分光光度法  22
    1.5.4 电感耦合等离子发生光谱法(ICP-AES)  22
    1.5.5 原子荧光光度法(AFS)  22
    1.5.6 几种检测方法的比较  22-23
  1.6 研究目的和研究内容  23-25
2 实验部分  25-28
  2.1 实验材料、试剂与仪器  25-26
  2.2 制备方法  26
    2.2.1 TiO_2纳米管的制备  26
    2.2.2 载铁TiO_2纳米管的制备  26
  2.3 表征方法  26
    2.3.1 X射线衍射(XRD)  26
    2.3.2 透射电镜分析(TEM)  26
    2.3.3 BET比表面积  26
    2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)  26
  2.4 吸附性能分析  26-27
    2.4.1 吸附实验  26-27
    2.4.2 扩散实验  27
  2.5 As(V)浓度分析方法  27-28
3 载铁TiO_2纳米管的制备及表征  28-33
  3.1 载铁TiO_2纳米管的制备  28
  3.2 结果与讨论  28-31
    3.2.1 载铁TiO_2纳米管的XRD分析  28-29
    3.2.2 载铁TiO_2纳米管的TEM分析  29-30
    3.2.3 载铁TiO_2纳米管的BET比表面积分析  30-31
    3.2.4 XPS分析  31
  3.3 本章小结  31-33
4 载铁TiO_2纳米管对As(V)的吸附性能  33-45
  4.1 载铁TiO_2纳米管对低浓度As(V)的吸附  33-39
    4.1.1 低浓度As(V)的吸附动力学曲线  33-35
    4.1.2 不同浸渍液浓度制得的Fe/TNT对低浓度As(V)吸附的影响  35-36
    4.1.3 溶液pH值对低浓度As(V)吸附的影响  36-37
    4.1.4 温度对低浓度As(V)吸附的影响  37-38
    4.1.5 不同吸附剂对低浓度As(V)的吸附  38-39
  4.2 载铁TiO_2纳米管对高浓度As(V)的吸附  39-43
    4.2.1 高浓度As(V)在Fe/TNT上的吸附动力学曲线  39-40
    4.2.2 pH值对高浓度As(V)吸附的影响  40-41
    4.2.3 不同浸渍液浓度下制备的Fe/TNT对高浓度As(V)的吸附  41-42
    4.2.4 温度对高浓度As(V)吸附的影响  42-43
  4.3 本章小结  43-45
5 共存离子对吸附的影响及Fe/TNT的脱附性能研究  45-49
  5.1 实验部分  45
    5.1.1 共存离子对Fe/TNT吸附低浓度As(V)的影响  45
    5.1.2 Fe/TNT的脱附性能研究  45
  5.2 结果与讨论  45-48
    5.2.1 共存离子对As(V)吸附效果的影响  45-46
    5.2.2 Fe/TNT的脱附性能研究  46-48
  5.3 本章小结  48-49
6 结论  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-57
附录  57

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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