纳米吸附剂对水环境样品中氟的去除研究

论文摘要

本实验用纳米材料作吸附剂,去除水环境样品中微量氟,研究了纳米γ-Al2O3,TiO2用量、pH值、温度条件下对氟的吸附行为及其机理,确定了最佳去除条件,计算两种纳米吸附剂吸附氟离子的动力学和热力学常数。研究结果表明:1.实验中研究了总离子缓冲溶液的体积用量,和测定时搅拌速度。确定测量氟离子最佳条件是:搅拌速度为4 min,加入总离子缓冲溶液为10 mL。用氟离子选择性电极测量氟离子的浓度,得出的标准曲线回归方程为E=141.948-56.704 lgaF-,相关系数R=0.9998.本方法的线性范围为检测线的范围为0.02 mg/L～2000 mg/L。2.确定了最佳纳米γ-Al2O3对氟离子吸附条件:纳米γ-Al2O3作为吸附剂对氟的吸附率最高;溶液pH对吸附有影响,纳米γ-Al2O3固体微粒在pH 4.09.0范围内可较好的定量吸附F-离子;纳米γ-Al2O3固体微粒在吸附时间为3分钟时可较好的定量吸附F离子;加入高浓度NaCl氟的吸附率略有下降,证明纳米氧化铝对氟的静电力的作用也不容忽视。竞争性阴离子当中HCO3-和PO43-,阳离子的Cu2+对氟离子的吸附影响比较大。有一定的干扰外,其余离子的允许量均较大,对纳米γ-Al2O3吸附F-的测定不造成干扰。3.纳米γ-Al2O3对氟离子的常温下速率常数k2 = 42.32 g·mg-1·min-1,吸附过程符合动力学二级反应模型,反应的活化能Ea为10.986 kJ·mol-1。扩散模型拟合直线并不经过原点,说明纳米Al2O3吸附氟离子机理比较复杂,除粒子内部扩散过程是吸附过程的控制步骤外吸附剂周围液相边界层向粒子表面的扩散过程不可以忽略。4.纳米γ-Al2O3对F-离子的吸附符合Langmuir吸附等温式;在273、298和323 K下,实验数据均与Langmuir等温吸附线有较好的拟合（r≥0.99）,其饱和吸附容量分别为6.483、6.895、8.063 mg·g-1,随着温度的升高而增加,说明纳米γ-Al2O3对F-的吸附是吸热过程;纳米γ-Al2O3对F离子的吸附符合D-R吸附等温式;对F-离子吸附的常温平均吸附能E为11.152 kJ·mol-1,故该吸附类型属于离子交换吸附。5.锐钛型纳米TiO2吸附氟离子主要是物理吸附,其吸附氟离子的动力学数据符合二级反应动力学模型,常温下其反应速率常数K2=13.789g mg-1min-1;在298K时锐钛型纳米TiO2吸附氟离子符合Langmuir等温方程;加入高浓度NaCl氟的吸附率明显下降,证明纳米氧化铝对氟的静电力的作用很重要;竞争性阴离子当中HCO3-和PO43-对氟离子的吸附影响比较大,有一定的干扰外,其余离子的允许量均较大;竞争性阳离子对纳米TiO2吸附F-的测定不造成干扰。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究意义
• 1.1.1 氟资源及主要性质
• 1.1.2 氟的来源及危害
• 1.2 国内外相关研究的现状与趋势
• 1.2.1 氟的分离的研究现状
• 1.2.2 纳米材料在分离中的应用
• 1.3 选题创新之处
• 第2章 测定氟离子的条件选择
• 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 搅拌时间的选择
• 2.3.2 总离子强度缓冲溶液的加入量
• 2.3.3 工作曲线的绘制
• 2.4 小结
• 2O₃除氟性能及机理研究'>第3章 纳米γ-Al₂O₃除氟性能及机理研究
• 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 吸附剂的选择
• 2O₃等电点的测定'>3.3.2 纳米 Al₂O₃等电点的测定
• 3.3.3 溶液pH 值对离子吸附影响
• 3.3.4 时间对吸附行为的影响
• 3.3.5 吸附剂用量的影响
• 3.3.6 吸附动力学
• 3.3.7 吸附热力学
• 3.3.8 测定干扰分析
• 3.4 小结
• 2去除氟'>第4章 酸处理后的锐钛型纳米 TiO₂去除氟
• 4.1 前言
• 4.2 实验
• 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 溶液pH 值对吸附的影响
• 4.3.2 离子强度的影响
• 4.3.3 吸附动力学
• 4.3.4 吸附热力学
• 2吸附氟离子的影响'>4.3.5 竞争性阴离子对纳米 TiO₂吸附氟离子的影响
• 2吸附氟离子的影响'>4.3.6 竞争性阳离子对纳米 TiO₂吸附氟离子的影响
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 下一步研究工作计划
• 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
• 一、发表论文、出版专著
• 二、科研项目