纳米TiO2-炭黑体系吸附去除水Cr(Ⅵ)的研究

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水中Cr(Ⅵ)离子严重威胁着人类的健康,引起人们的广泛关注,因此也是亟需解决的问题。目前,化工吸附净化技术已被广泛应用。吸附法去除Cr(Ⅵ)废水很大程度上取决于吸附材料的先进性以及合理的设计。因此,开发费用低、吸附性能良好的材料成为Cr(Ⅵ)离子废水处理的研究热点。  本文采用炭黑与钛酸四正丁酯为原料,通过溶胶.凝胶法获得复合材料HCB/TiO2,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱分析仪(XPs)和电位滴定法来表征样品的性能。HCB/TiO2去除Cr(Ⅵ)过程中部分Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ),通过ICP、FTIR、XPS等表征手段对吸附Cr(Ⅵ)后的样品及溶液进行研究,推测去除机制。在吸附去除Cr(Ⅵ)过程中,研究主要因素包括吸附剂的投加量、接触反应时间、pH、溶液的初始浓度、复合HCB的质量等变量,以及吸附等温线、吸附动力学以及热力学。进一步探索HCB/TiO2的再生性能、与其他吸附剂的可对比性。  研究结果表明,HCB/TiO2的XRD尺寸为66.4nm及表面的pHpzc为4.3,HCB/TiO2表面官能团包括C-H、C-C; C-OH; C=O、C-O-C; COOH,含量依次为56.4、12.6、10.08、20.92%。  推测HCB/TiO2去除Cr(Ⅵ)的机制为:首先,在强酸性的条件下,吸附剂表面的官能团质子化而富集正电荷,高含氧Cr(Ⅵ)阴离子在静电力的作用下吸附到HCB/TiO2表面的某些活性位点上。其次,吸附剂表面的质子化官能团提供电子,部分Cr(Ⅵ)还原成三价铬Cr(Ⅲ)。  HCB/TiO2对Cr(Ⅵ)的吸附实验结果表明:最佳固液比、pH、温度、平衡时间、HCB的复合质量分别为2g/L、2、25℃、150 min、2 g(63%)。HCB/TiO2对Cr(Ⅵ)的吸附行为遵循Freundlich、伪二级动力学拟合模型,热力学参数表明,吸附过程为自发吸热化学吸附过程。循环5周期后的吸附能力仍保持82.1%以上。在pH为2时,HCB/TiO2对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量为27.33 mg/L,该数值与文献已报道的其他吸附剂相比,具有一定的可比性。HCB/TiO2光催化去除Cr(Ⅵ)的初探,表明HCB/TiO2的最佳煅烧温度为500℃,TiO2仍保持锐钛矿晶型。
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