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纳米二氧化钛去除水中Cu(Ⅱ)的研究

发布时间:2015-11-20 09:13

摘 要:以纳米二氧化钛为吸附剂,采用原子吸收光谱法评价水体中Cu2+ 去除效果。探索了水体pH值、纳米二氧化钛加入量、Cu2+初始浓度,吸附时间四个变量对水体中Cu2+去除效果的影响。结果表明:在本实验条件下,TiO2的最佳投加量为40mg,吸附时间30~35min,pH为7~9,Cu2+初始浓度在6~15 mg /L,Cu2+ 去除率可达60%以上。

关键词:吸附;原子吸收光谱法;纳米二氧化钛;铜离子


1. 引言
    铜是一种过渡金属,具有显著的毒性效应[1]。铜污染多是人为因素,污染源排放直接污染土壤和水体。过量铜排入水体会导致水生态不平衡,破坏水体自净能力[2]。水生生物受到铜污染毒害,能够富集高浓度铜,通过生物放大过程进入食物链 [3],危害人体健康。
    纳米材料是近年来受到广泛重视的一种新兴功能材料[4], 20世纪80年代中期发展起来。其具有一系列新异特性,并优越于传统的材料。表面原子能够与金属离子以静电作用等方式相结合,因此纳米材料对一些金属离子具很强的吸附能力,并且在较短的时间内即可达到吸附平衡;同时,由于其比表面积非常大,因而具有比一般的吸附材料更大的吸附容量。因此本实验以纳米二氧化钛为吸附剂,处理模拟的含Cu2+废水,探讨影响因素和作用机理,探索水体中Cu2+去除最优工艺参数。
2. 实验部分
2.1试剂与仪器
    试剂:硫酸铜即CuSO4﹒5H2O(分析纯);纳米二氧化钛(VK-TA05);去离子水;稀盐酸(分析纯);氢氧化钠(分析纯)。
    仪器:锥形瓶、容量瓶、DHG-9030A电热恒温鼓风干燥箱;FA2004N型电子分析天平;普通摇床;PHS-3C精密 pH计;原子吸收分光光度计。
    2.2  纳米二氧化钛去除水中Cu(Ⅱ)的反应的测定及计算方法
采用火焰原子吸收法测定溶液的吸光度ABS,将吸光度带入标准曲线方程,求出滤液中铜离子浓度Ci。用下式计算铜离子去除率R:R=(C0-Ci)÷C0×100%
2.4实验步骤
2.4.1标准曲线的绘制
    将CuSO4﹒5H2O配成铜离子浓度分别为0mg /L、1mg /L、2mg /L、4mg /L、8mg /L、10mg /L、25mg /L的溶液,用火焰原子吸收法测定标准系列的吸光度,并以吸光度对铜离子浓度作图,绘制标准曲线,见下图所示。
 
2.4.2  探究铜离子初始浓度的影响
 
    结果表明,随着底物铜离子浓度的增加,二氧化钛对其去除率不断减小,当铜离子浓度在10mg/L以下时,可以达到65%以上的去除率,而当铜离子浓度大于20 mg/L时,去除率仅仅只有20%~30%,可见,纳米二氧化钛并不能有效处理高浓度铜离子的物质,只有在较低铜离子浓度下,具有较好的去除效率。
2.4.3探究纳米二氧化钛投加量的影响
 
    结果表明,随着投加量的增加,铜离子去除率先不断增加,后略微降低,当二氧化钛加入量为40mg时,可以达到最大的去除效率。
3 结语
本文探索了水体pH值、纳米二氧化钛加入量、Cu2+初始浓度,吸附时间四个变量对水体中Cu2+去除效果的影响。结果表明:
(1)纳米二氧化钛只有在较低铜离子浓度下,具有较好的去除效率。铜离子浓度为5mg/L时,去除率可达87.35%
(2)当二氧化钛加入量为40mg时,可以达到最大的去除效率。
(3)二氧化钛去除铜离子效率随pH的增加而呈上升趋势,当pH等于7时,二氧化钛去除铜离子效率骤然提高至97.4%,在pH为碱性条件下,有利于二氧化钛对铜离子的去除。
(4)在本实验条件下,为取得较好的吸附效果,选择吸附时间为35min左右为宜。
参考文献
[1]徐珑,杨曦,张爱茜,等,水环境中的光化学研究进展,化学进展,2005,17(3):412-415

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