温和水热法合成钛酸盐纳米管及其对水中重金属离子的吸附研究

采用温和水热法一步快速合成了钛酸盐纳米管(TNTs),并应用于对水中重金属离子Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的吸附.通过选择纳米级锐钛矿替代P25型二氧化钛作为反应原材料,成功将水热反应时间从72 h缩短至6 h.TEM,XRD和FT-IR等表征证实了新合成材料的为管状钛酸盐结构.TNTs对3种重金属离子的吸附动力学均符合准二级动力学方程,吸附等温线均符合Langmuir模型,且对Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的理论最大吸附量分别高达525.58、214.41和69.65 mg·g~(-1).p H=5时,吸附动力学实验表明对于初始浓度分别为200、100和50 mg·L~(-1)的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ),在TNTs上的平衡吸附量分别为513.04、212.46和66.35 mg·g~(-1),吸附性能优于传统吸附材料.合成的TNTs结构为三联的[Ti O6]八面体骨架和层间H+/Na+,其吸附机理为金属阳离子与TNTs层间Na+的离子交换.同时,共存离子对吸附的影响实验表明TNTs对重金属离子的吸附存在选择性,即使在较高的共存离子浓度下(10 mmol·L~(-1))TNTs对目标重金属离子的吸附性能依然优异.该研究提供了一种应用钛酸纳米材料高效去除水体重金属离子的方法.     

碱热-酸热法合成二氧化钛-钛酸纳米管复合纳米材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的同步去除

以P25型Ti O2为原料,经碱热和酸热反应合成了Ti O2/TNTs复合纳米材料,该材料皆具钛酸纳米管(TNTs)和Ti O2晶相.Cd(Ⅱ)在Ti O2/TNTs上的吸附动力学过程很快,30 min即可达到吸附平衡,此外,Langmuir等温模型拟合所得最大吸附量达120.34 mg·g-1,其主要吸附机制为Cd2+与复合材料中TNTs层间Na+/H+的离子交换.Ti O2/TNTs对苯酚的吸附量较低(0.36 mg·g-1),因此光催化反应以实现苯酚的降解是必需的.构建的吸附-光催化系统可实现Cd(Ⅱ)和苯酚的同步有效去除,180 min时二者的去除率分别可达到99.6%和99.7%.Cd(Ⅱ)的去除源于暗室下复合材料中TNTs相的吸附,而苯酚的去除在于后续复合材料中Ti O2相的光催化.Cd(Ⅱ)的共存可提高苯酚的光催化降解效率,原因在于Cd(Ⅱ)吸附进入材料层间后有助于材料光催化性能的提升.共存Na+对Cd(Ⅱ)和苯酚在Ti O2/TNTs上的同步去除影响极小;而共存Ca2+由于竞争吸附和促进材料团聚的原因,会轻微抑制Cd(Ⅱ)在Ti O2/TNTs上的吸附,但对苯酚的光催化降解影响较小.此外,Ti O2/TNTs可有效循环利用,经HNO3解吸和Na OH再生后,3次循环后材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的去除率依然可达91.7%和98.1%.该研究提供了一种合成皆具吸附和光催化性能的钛系材料的方法,对于应用纳米材料实现水体环境中重金属和有机物的同时去除具有一定的借鉴意义.