改性TiO2吸附剂的制备及性能研究

论文摘要

为了去除污水中重金属离子，研制经济、高效的吸附材料具有非常重要的现实和长远意义。本文分别使用尿素和硫脲对TiO2材料进行改性，通过单因素和正交实验确定了制备尿素改性TiO2和硫脲改性TiO2的最佳工艺，并将材料用于吸附水中的Cr（VI）、Pb2+和Cu2+，考察了pH值、吸附时间、吸附剂用量、温度、和重金属离子溶液的初始浓度对吸附效果的影响，并讨论了每个吸附过程的吸附动力学、热力学规律，还对吸附剂吸附重金属离子后的脱附再生进行了研究。并借助于FTIR、SEM、EDS等手段对尿素改性TiO2和硫脲改性TiO2进行了表征。结果表明，尿素改性TiO2吸附剂制备的最佳工艺条件为：煅烧时间6h，尿素用量13g，pH3.0，煅烧温度为350°C。尿素改性TiO2吸附Cr（VI）、Pb2+和Cu2+的最佳pH均为5，吸附平衡用Langmuir模型能很好拟合，而且属于优惠吸附。同时吸附Cr（VI）和Cu2+具有吸热、自发、熵增特征，属于化学吸附。25°C时，尿素改性TiO2吸附Cr（VI）、Pb2+和Cu2+的最大饱和吸附量分别为26.525、21.008和6.954mg/g。动力学分析结果表明，尿素改性TiO2吸附Cr（VI）、Pb2+和Cu2+的过程均符合二级反应动力学，而且随着时间的延长，吸附过程开始时较快，随后逐渐减慢，直至达到平衡。颗粒内扩散不是唯一的控速步骤，吸附过程还受到离子交换或络合的控制。0.1mol/L HCl即可脱附尿素改性TiO2吸附的Cu2+，其脱附率为95.559%，0.5mol/L NaOH脱附Cr（VI），其脱附率为89.009%。硫脲改性TiO2吸附剂制备的最佳工艺条件是：煅烧温度为150°C、硫脲用量为5g、煅烧时间为2h、pH为3.0。硫脲改性TiO2吸附Cr（VI）、Pb2+和Cu2+的最佳pH分别为3.0、5.0和5.0。吸附平衡用Langmuir模型能很好拟合，而且属于优惠吸附，25°C时，最大饱和吸附量分别为12.674mg/g、32.895mg/g和88.50mg/g。吸附过程具有吸热、自发、熵增特征，属于化学吸附。硫脲改性TiO2吸附Cr（VI）、Pb2+和Cu2+的过程符合二级反应动力学，颗粒内扩散不是唯一的控速步骤。实验表明本实验吸附剂制备简单、成本低、对重金属离子去除效果明显，是一种非常有潜力的重金属离子污水处理剂。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 重金属的污染来源与危害
• 1.1.1 铬（Cr）的危害
• 1.1.2 铜（Cu）的危害
• 1.1.3 铅（Pb）的危害
• 1.2 水中重金属的治理方法
• 1.2.1 治理方法的概述
• 1.2.2 常用的吸附材料
• 1.3 纳米二氧化钛简介
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 纳米二氧化钛的制备方法
• 1.3.3 纳米二氧化钛的应用
• 1.4 尿素的概述
• 1.5 硫脲的概述
• 1.6 课题研究目的及意义
• 2吸附剂的制备'>第二章 改性纳米 TiO₂吸附剂的制备
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器与设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 Cr（VI）溶液的配制
• 2.2.2 Cr（VI）浓度的测定—二苯碳酰二肼分光光度法
• 2.2.3 改性性能评价指标
• 2.2.4 吸附剂的预处理
• 2.2.5 Cr（VI）溶液的静态吸附实验
• 2的制备'>2.3 尿素改性 TiO₂的制备
• 2的制备方法'>2.3.1 尿素改性 TiO₂的制备方法
• 2.3.2 单因素试验及结果
• 2.3.3 正交试验及结果分析
• 2的制备'>2.4 硫脲改性 TiO₂的制备
• 2的制备方法'>2.4.1 硫脲改性 TiO₂的制备方法
• 2.4.2 单因素试验及结果
• 2.4.3 正交试验及结果分析
• 2对 Cr（Ⅵ）吸附性能的比较'>2.5 改性前后纳米 TiO₂对 Cr（Ⅵ）吸附性能的比较
• 2的表征'>2.6 改性纳米 TiO₂的表征
• 2.6.1 红外表征
• 2.6.2 扫描电镜（SEM）表征
• 2.6.3 EDS 分析
• 2.7 本章小结
• 2吸附剂吸附性能的研究'>第三章 尿素改性 TiO₂吸附剂吸附性能的研究
• 3.1 实验试剂与仪器
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器与设备
• 3.2 静态吸附实验
• 3.2.1 静态吸附实验方法
• 3.2.2 静态吸附性能实验
• 3.3 吸附动力学
• 3.3.1 吸附动力学模型
• 3.3.2 吸附动力学的实验方法
• 3.3.3 标准偏差
• 3.3.4 对不同初始浓度 Cr（Ⅵ）的吸附动力学方程的验证
• 3.3.5 不同初始浓度 Cr（Ⅵ）溶液的颗粒内扩散模型
• 2+吸附动力学'>3.3.6 对不同初始浓度的 Pb²⁺吸附动力学
• 2+的颗粒内扩散模型'>3.3.7 不同初始浓度 Pb²⁺的颗粒内扩散模型
• 2+吸附动力学的验证'>3.3.8 对初始浓度为 50 mg/L 的 Cu²⁺吸附动力学的验证
• 2+的颗粒内扩散模型'>3.3.9 初始浓度为 50 mg/LCu²⁺的颗粒内扩散模型
• 3.4 吸附等温线
• 3.4.1 吸附等温线的模型
• 3.4.2 实验方法
• 2吸附 Cr（Ⅵ）的吸附等温线拟合'>3.4.3 对不同温度下尿素改性 TiO₂吸附 Cr（Ⅵ）的吸附等温线拟合
• 2吸附 Pb²⁺的吸附等温线拟合'>3.4.4 对 25 °C 下尿素改性 TiO₂吸附 Pb²⁺的吸附等温线拟合
• 2吸附 Cu²⁺的吸附等温线拟合'>3.4.5 对不同温度下尿素改性 TiO₂吸附 Cu²⁺的吸附等温线拟合
• 3.5 吸附热力学
• 3.6 解吸实验
• 3.6.1 解吸实验方法
• 3.6.2 解吸实验的结果分析
• 3.7 本章小结
• 2吸附剂吸附性能的研究'>第四章 硫脲改性 TiO₂吸附剂吸附性能的研究
• 4.1 实验试剂与仪器
• 4.2 静态吸附实验
• 4.2.1 静态吸附实验方法
• 4.2.2 静态吸附性能实验
• 4.3 吸附动力学
• 4.3.1 吸附动力学模型
• 4.3.2 吸附动力学的实验方法
• 4.3.3 对 Cr（Ⅵ）吸附动力学方程的验证
• 4.3.4 Cr（Ⅵ）的颗粒内扩散模型
• 2+吸附动力学方程的验证'>4.3.5 对 Pb²⁺吸附动力学方程的验证
• 2+的颗粒内扩散模型'>4.3.6 Pb²⁺的颗粒内扩散模型
• 2+吸附动力学方程的验证'>4.3.7 对 Cu²⁺吸附动力学方程的验证
• 2+的颗粒内扩散模型'>4.3.8 不同初始浓度 Cu²⁺的颗粒内扩散模型
• 4.4 吸附等温线
• 4.4.1 吸附等温线的模型
• 4.4.2 实验方法
• 2吸附 Cr（Ⅵ）的吸附等温线拟合'>4.4.3 对不同温度下硫脲改性 TiO₂吸附 Cr（Ⅵ）的吸附等温线拟合
• 2吸附 Pb²⁺的吸附等温线拟合'>4.4.4 对 25°C 下硫脲改性 TiO₂吸附 Pb²⁺的吸附等温线拟合
• 2吸附 Cu²⁺的吸附等温线拟合'>4.4.5 对不同温度下硫脲改性 TiO₂吸附 Cu²⁺的吸附等温线拟合
• 4.5 吸附热力学
• 2吸附 Pb²⁺和 Cu²⁺后的解吸实验'>4.6 硫脲改性 TiO₂吸附 Pb²⁺和 Cu²⁺后的解吸实验
• 4.6.1 解吸实验方法
• 4.6.2 解吸实验的结果分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介