纳米二氧化钛对环境样品中镉的吸附性能研究

论文摘要

本实验用纳米二氧化钛作吸附剂,去除环境样品中重金属镉,研究了纳米二氧化钛在不同pH值、用量、时间、温度条件下对镉的吸附行为及其机理,确定了最佳吸附条件。研究结果表明:1.确定了乙炔-氧气火焰原子吸收法测定微量镉体系的最佳条件:波长为228.8 nm,狭缝宽为0.7 H,Cd空心阴极灯灯丝电流为4.0 mA,乙炔流量为1.4 L·min-1,空气流量为16.0 L·min-1,此方法的检出限（3σ）为0.0016mg·L-1,相对标准偏差RSD为0.66%。2.纳米TiO2（金红石型）对镉离子的吸附效果最佳。在pH 4.0 7.0范围内,纳米TiO2可定量地吸附镉离子,纳米TiO2对Cd（Ⅱ）吸附率达97%以上。静态吸附最佳条件为:在室温20 0C下,加入80 mg纳米TiO2,超声分散3 min,静置10 min后,能快速地定量地吸附Cd（Ⅱ）;用7.0 mL 0.1 mol·L-1 HCl进行洗脱,Cd（Ⅱ）的回收率可达95%。动态吸附:80 mg纳米TiO2和5 g多孔载体可使得水样的除镉率达到90%,达到饮用水的水质要求。3.纳米TiO2对Cd（Ⅱ）的吸附过程符合准二级反应动力学模型,在20 0C时,反应速率常数为1.89 g·mg-1·min-1,反应的活化能为3.16 kJ·mol-1。将动力学数据与扩散模型拟合可以说明:颗粒内扩散过程是镉吸附速率的控制步骤,但不是唯一的速率控制步骤,吸附速率同时还受颗粒外扩散过程的控制。4.纳米TiO2对Cd（Ⅱ）的吸附符合Langmuir吸附等温式,常温下饱和吸附容量为6.34 mg·g-1。吸附过程的热力学参数为:ΔG0 < 0,ΔH0 > 0,ΔS0 > 0,说明吸附是自发的过程,伴有吸热。纳米TiO2吸附Cd（Ⅱ）的常温平均吸附能为11.54 kJ·mol-1,故Cd（Ⅱ）的吸附过程可能属于离子交换。5.工业废水中常有的重金属离子对二氧化钛吸附镉的影响顺序为Zn2+>Cu2+>Pd2+,常见的阴离子对镉吸附的影响顺序为PO43->NO3->SO42->CO32->Cl-> F-。另外,其他常见离子的允许干扰量也较大。随着离子强度增加Cd（Ⅱ）离子吸附减小,而且Cd（Ⅱ）离子浓度越大,受影响越大。有毒元素Se（Ⅳ）和Cr（Ⅵ）存在时,镉的吸附都明显减少,且Cr（Ⅵ）的影响较大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 前言
• 1.1 研究意义
• 1.1.1 镉资源及主要性质
• 1.1.2 镉的应用
• 1.2 国内外相关研究的现状及趋势
• 1.2.1 水环境中镉治理的研究现状
• 1.2.2 纳米材料在吸附去除过程中的应用
• 1.3 选题创新之处
• 第2章 火焰原子吸收分光光度法测定微量镉
• 2.1 前言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验仪器与试剂
• 2.2.2 溶液的配制
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 工作曲线的绘制
• 2.3.2 检出限的测定
• 2.3.3 精密度的测定
• 2.4 小结
• 2吸附重金属镉的方法'>第3章 纳米 Ti0₂吸附重金属镉的方法
• 3.1 前言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验仪器与试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 吸附材料的选择
• 3.3.2 溶液pH 值对离子吸附影响
• 3.3.3 静态吸附方式的考察
• 3.3.4 动态吸附方式的考察
• 3.4 小结
• 2吸附金属镉的动力学与热力学研究'>第4章 纳米 Ti0₂吸附金属镉的动力学与热力学研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 吸附动力学
• 4.3.2 吸附热力学研究
• 4.3.3 竞争性离子对吸附的影响
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况