二氧化钛的吸附性能强化及选择性去除实验研究
作为典型的光催化材料，TiO2因催化活性好、廉价无毒在环境领域一直是研究的热点。但由于TiO2吸附性弱，去除污染物无选择性，将其应用于污水处理仍存在局限性。吸附是催化反应的必经阶段，为了提高TiO2对污染物的去除效率，增强其吸附性具有重要意义和价值。据文献报道，将酸或碱修饰到TiO2上会使材料表现一定程度的选择性。本文以TiO2为研究对象，拟采用水热法以钛酸四丁酯为钛源，碳酸钠(Na2CO3)为抑制剂，无水乙醇为分散剂制备改性TiO2纳米材料，旨在提高TiO2对印染废水中污染物的去除效率以及选择性去除能力。本论文主要对以下内容进行了研究: (1)采用水热法制备出不同含量Na2CO3改性的TiO2和纯TiO2纳米材料。以阴离子染料活性黄、阳离子染料亚甲基蓝和碱性品红模拟污染物，测试不同材料的性能。结果表明:相比纯TiO2，CO32-(0.01)/TiO2的光催化效率有所提高，但是对三种染料的吸附性都很差，暗反应90min吸附去除率均在10.00％以内;CO32-(0.15)/TiO2对碱性品红和亚甲基蓝吸附15min，去除率分别达到92.63％和90.15％，但是对活性黄几乎不吸附。FT-IR、XRD和BET等表征结果证明CO32-基团成功修饰到CO32-(0.15)/TiO2中，同时晶粒尺寸减小至4.70nm，比表面积增加至77.55m2·g-1，这是该材料对阳离子染料表现出选择性吸附的主要原因。 (2)以阳离子染料亚甲基蓝和碱性品红为污染物模型，探讨CO32-(0.15)/TiO2的吸附机理。结果表明，CO32-(0.15)/TiO2对两种染料的吸附是一个以化学吸附为主、物理吸附并存的复杂过程，且为放热反应。利用Langmuir模型和Freundlich模型计算得到的分离因子RL均在0.0～1.0之间，1/n在0.1～0.5之间，说明吸附反应容易发生，均属于优惠吸附。在25℃条件下，CO32-(0.15)/TiO2对碱性品红和亚甲基蓝的饱和吸附量分别为84.89mg·g-1、20.80mg·g-1。 (3)以“碱性品红+活性黄”的混合液为污染物模型，考察纯TiO2和CO32-(0.15)/TiO2的选择性去除能力。结果表明:纯TiO2和CO32-(0.15)/TiO2对碱性品红的选择性系数分别为0.82和4.90。相比纯TiO2，CO32-(0.15)/TiO2对碱性品红的吸附量增加147.00％，而对活性黄的吸附量仅为纯TiO2的41.20％。Zeta电位分析表明CO32-(0.15)/TiO2的表面带有更多负电荷，因此能够从混合染料中优先吸附阳离子染料碱性品红，表现出选择性去除能力。 本文的研究结果表明，通过调控Na2CO3的浓度可以得到强吸附性的TiO2纳米材料CO32-(0.15)/TiO2。该纳米材料能够在混合溶液中优先吸附某一类有机污染物因而具有选择性去除能力，这在催化水处理领域具有较大的实际意义与应用价值。
二氧化钛;纳米材料;光催化剂;改性处理;吸附机制;印染废水;有机污染物;选择性去除
武汉科技大学
硕士
土木工程
汪恂
2019
中文
X703.5;O643.36
2019-10-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）