隋睿,刘晓娜,杨改强,霍丽娟,丁庆伟

• 1:太原科技大学环境与安全学院

摘要(Abstract)：

钛酸纳米材料具有均一的结构、组成以及独特的物理化学性质,在水处理重金属领域中显示出良好的应用前景。本研究采用一步水热法合成了铌酸盐负载钛酸纳米片(Nb/TiNFs),并研究了Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)在其上的单组分以及复合体系中竞争吸附。XRD、TEM和SEM等证实材料为纳米片状结构,主要晶相为三钛酸盐。Nb/TiNFs对Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)显示出快速的吸附动力学和高吸附容量,具体机制为金属阳离子与层间-ONa/H基团的离子交换。吸附等温符合Langmuir模型,理论最大吸附量Pb(Ⅱ)(2.474 mmol·g~(-1))> Cu(Ⅱ)(1.876 mmol·g~(-1)).在两种金属离子共存的体系中,金属离子间存在竞争吸附,竞争能力Pb(Ⅱ)> Cu(Ⅱ),主要由于为Pb(Ⅱ)的水合能较小,容易解离为自由离子在Nb/TiNFs上进行离子交换。由于Nb/TiNFs具有高效去除复杂体系污水中金属阳离子且合成简易等优点,为处理多种重金属污染废水领域提供了可选途径。

关键词(KeyWords)： Nb/TiNFs;竞争吸附;Pb(Ⅱ);Cu(Ⅱ)

Abstract:

Keywords:

基金项目(Foundation): 国家自然科学基金(41807130,51709195);; 山西省重点研发计划(201903D121085)

作者(Author): 隋睿,刘晓娜,杨改强,霍丽娟,丁庆伟

参考文献(References)：

• [1] 李海芹，王静.重金属废水污染及其处理方法研究[J].中国资源综合用，2017,35(12):51-52.
• [2] 徐大勇，张苗，杨伟伟，等.氧化铝改性污泥生物炭粒制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附特性[J].化工进展，2020,39(3):1153-1166.
• [3] 张英，周长民.重金属铅污染对人体的危害[J].辽宁化工，2007(6):395-397.
• [4] 窦薛楷.浅谈铜的污染及危害[J].科技经济导刊，2017(8):126-128.
• [5] 吴凡，郑锐生，刘雪梅，等.改性橘子皮对重金属铅离子的吸附性能研究[J].应用化工，2019,48(12):2838-2842.
• [6] 付忠田，黄戊生，郑琳子.化学沉淀法处理葫芦岛锌厂含镉废水的研究[J].环境保护与循环经济，2010,30(10):44-46.
• [7] 康雪晶，魏永杰.膜分离法处理重金属废水研究进展[J].广东化工，2016,43(12):143-144.
• [8] 李征.重金属污染水体的环境保护处理技术研究[J].环境与发展，2018,30(11):110-111.
• [9] 张婵，高晓红，邓钏，等.壳聚糖/羟基磷灰石微球对水中Cr6+的吸附研究[J].太原科技大学学报，2018,39(2):160-164.
• [10] LIU W,WANG T,BORTHWICK A G,et al.Adsorption of Pb2+,Cd2+,Cu2+ and Cr3+ onto titanate nanotubes:competition and effect of inorganic ions [J].Science of the Total Environment,2013,7(456-457):171-180.
• [11] XIONG L,CHEN C,CHEN Q,et al.Adsorption of Pb(II) and Cd(II) from aqueous solutions using titanate nanotubes prepared via hydrothermal method [J].Journal of Hazardous Materials,2011,189(3):741-748.
• [12] 汪振文，王会才，杨继斌，等.吸附法去除水中重金属复合污染物的研究状况[J].稀有金属，2020,44(1):87-99.
• [13] 康丽，刘文，刘晓娜，等.铌酸盐改性钛酸纳米片对水中Cd(Ⅱ)的吸附行为及机制[J].环境科学，2018,39(7):3212-3221.
• [14] LIU X N,DU P H,PAN W Y,et al.Immobilization of uranium(VI) by niobate/titanate nanoflakes heterojunction through combined adsorption and solar-light-driven photocatalytic reduction [J].Applied Catalysis B:Environmental,2018,231:11-22.
• [15] 陈再明，方远，徐义亮，等.水稻秸秆生物碳对重金属Pb2+的吸附作用及影响因素[J].环境科学学报，2012,32(4):769-776.
• [16] BUTLER J A V,OCKRENT C.Studies in electrocapillarity.III.The surface tensions of solutions containing two surface-active solutes [J].The Journal of Physical Chemistry,1930,34(12):2841-2859.
• [17] WANG T,LIU W,XIONG L,et al.Influence of pH,ionic strength and humic acid on competive adsorption of Pd(II),Cd(II) and Cr(III) onto titanate nanotubes [J].Chemical Engineering Journal,2013,215:366-374.
• [18] LEE C K,LIN K S,WU C F,et al.Effects of synthesis temperature on the microstructures and basic dyes adsorption of titanate nanotubes [J].Journal of Hazardous Materials,2008,150(3):494-503.
• [19] SUN X M,LI Y D.Synthesis and characterization of ion-exchangeable titanate nanotubes [J].Chemistry,2003,9(10):2229-2238.
• [20] LIU W,SUN W L,HAN Y F,et al.Adsorption of Cu(II) and Cd(II) on titanate nanomaterials synthesized via hydrothermal method under different NaOH concentrations:Role of sodium content [J].Colloids & Surfaces A Physicochemical & Engineering Aspects,2014,452(1):138-147.
• [21] 祝爱梅，佘希林，孙瑾，等.水热法制备不同形貌铌酸钠纳米晶[J].青岛大学学报：自然科学版，2015,28(2):1-4.
• [22] WANG T,LIU W,XU N,et al.Adsorption and desorption of Cd(II) onto titanate nanotubes and efficient regeneration of tubular structures [J].Journal of Hazardous Materials,2013,250:379-386.
• [23] 刘文.钛酸纳米管对水体中各类金属的吸附及其相互作用机理[D].北京：北京大学，2014.
• [24] XIONG W L,ZhANG J,YU J X,et al.Competitive adsorption behavior and mechanism for Pb2+ selective removal from aqueous solution on phosphoric acid modified sugarcane bagasse fixed-bed column [J].Process Safety and Environmental Protection [J].2019,124:75-83.
• [25] 林青，徐绍辉.土壤中重金属离子竞争吸附的研究进展[J].土壤，2008(5):706-711.
• [26] 汤睿，王忠凯，刘坤，等.磁性有机膨润土对Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)的竞争吸附[J].非金属矿，2019,42(4):77-81.