CN102974305A - 一种高效去除水中重金属离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水中重金属离子的治理技术，具体为以水热法合成的钛酸盐纳米管为吸附剂，物理吸附和化学吸附同时进行吸附重金属离子，从而大大提高了吸附剂的吸附性能，达到高效去除水中重金属离子的效果。实验结果表明，文中每克纳米管交换重金属的质量都近几百毫克，钛酸盐纳米管对重金属离子的吸附效果非常好。本方法工艺简单，能耗低，效果好，成本低廉。具有很好的推广应用价值。

Description

一种高效去除水中重金属离子的方法
技术领域
本发明涉及一种以水热法制备的钛酸盐纳米管为吸附剂，高效去除水中重金属离子的方法。本发明还涉及制备该吸附剂的方法及其特点。
背景技术
工农业的迅速发展，带来了经济效益的快速增长，同时带来的环境问题也日益突出。近年来，我国环境污染事件频频发生，对社会经济发展和人类生存构成严重的威胁，制约了社会和经济健康的持续发展。其中水质安全问题也越来越引起人们的重视。矿产资源的大量开采、利用以及化学药品与污水的不规范使用和排放等，导致重金属离子等对水质的污染和危害也越来越严重。减少重金属离子对环境的污染已成为当今世界的焦点。目前，除去水质中重金属的方法主要有化学沉淀法、膜过滤法、离子交换法、碳吸附法及共沉淀/吸附法等。黄原酸盐亦能有效的除去废水中的重金属离子。Saswati Chakrabort等用纤维素、氢氧化钠和二硫化碳合成了一种黄原酸盐，除去铜的量约为27mg/g。
钛酸盐纳米管作为一种新型功能材料，有着巨大而开放的表面积，它比其原料二氧化钛粉体具有更大的比表面积和孔体积，因此具有许多潜在的应用。钛酸盐纳米管不仅自身具有优异的催化性能，而且作为载体也得到广泛研究。例如，以钛酸盐纳米管为载体负载氧化铜和金等，可有效地提高催化氧化一氧化碳的活性。钛酸盐纳米管不仅在催化、分子吸附，单电子晶体管等方面有着巨大的应用前景，而且作为一种新型的离子交换剂，能够高效地进行离子交换，应是较好的重金属离子去除试剂。另外，在污水处理过程中，一直存在回收困难的问题，而纳米管的特殊结构和形貌赋予其特殊的沉降特性。由于一维材料较普通粉体长，使其容易在水中相互纠缠连接，从而使沉降速度加快，大大降低废水处理的损失。本发明以水热法制备的钛酸盐纳米管为吸附剂，高效吸附重金属离子，从而达到净化水质的目的。
发明内容
为实现本发明所提供的技术方案是：
称取定量钛酸盐纳米管置于重金属离子溶液中，室温搅拌数小时后，重金属离子即可吸附在纳米管上，停止搅拌，待纳米管沉降后，保存剩余母液。检测残余母液中重金属离子浓度，重金属离子的初始浓度与剩余浓度之差即为纳米管对重金属反应吸附的浓度。
本发明中以钛酸盐纳米管为吸附剂，通过物理吸附和化学吸附相结合的方法吸附重金属离子。检测结果表明此方法去除水中重金属离子效果好，生产原料来源广，成本低，性能稳定，不产生任何环境污染，有较好的经济和社会效益。
其中所述钛酸盐纳米管的制备采用水热合成法，其制备方法为：将1.6g市售TiO2粉末(锐钛矿型)与10mol/L NaOH溶液密封在70ml聚四氟乙烯反应釜中，搅拌条件下油浴加热至150℃反应12h。离心，得到的白色絮状物为钛酸盐纳米管。
本发明吸附重金属离子的基本原理是：钛酸盐纳米管是通过物理吸附和化学吸附相结合同时吸附重金属离子的。首先，水热法合成的钛酸盐纳米管是开口的中空管，长约几百纳米，孔壁为层状结构，具有极高的比表面积。重金属离子通过物理吸附不仅可以附着在纳米管的内外管壁上，而且还可以附着于纳米管的管壁之间，填充入纳米管内，大大增加了重金属离子的物理吸附量。其次，众所周知，水热法合成的钛酸盐纳米管表面有大量的—ONa键，重金属离子可以和—ONa键中的Na+离子交换，从而化学吸附在纳米管上。与其他吸附剂相比，本发明中钛酸盐纳米管采用物理吸附和化学吸附同时进行的方式，大大提高了吸附剂的吸附性能，从而达到高效去除污水中重金属离子的效果。
吸附结果表明，每克纳米管交换重金属的质量都近百毫克，最大可达到约六百毫克，远远高于Saswati Chakrabort等报道的吸附能力(27mg/g)。因此，本发明与传统纯物理吸附方法相比，吸附效果明显，工艺流程短，操作简单，劳动强度低。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例：
以PbAc2为目标溶液，研究钛酸盐纳米管去除重金属离子的性能：
将1.6g市售TiO2粉末(锐钛矿型)与10mol/LNaOH溶液密封在70ml聚四氟乙烯反应釜中，搅拌条件下油浴加热至150℃反应12h。离心，烘干，得到的白色絮状物为钛酸盐纳米管。将0.2050g钛酸盐纳米管加入10ml 0.0955mol/L PbAc2溶液中，室温搅拌12小时后，离心，保存所得母液。母液中残余的铅离子浓度用EDTA标准溶液滴定。铅离子用0.2％二甲酚橙作指示剂，具体过程为：用移液管移取5mL母液于锥形瓶中，加入5mLpH＝5.5～6的醋酸-醋酸钠缓冲溶液，滴入两滴二甲酚橙指示剂，用EDTA标准溶液平行滴定三次，取平均值，得母液中中残余的铅离子浓度(0.0362mol/L)。重余属离子的初始浓度与剩余浓度之差即为纳米管对重金属反应吸附的浓度。通过简单计算即可得钛酸盐纳米管吸附铅离子的能力为约599mg/g。
应用实施例：
以CuAc2(0.0936mol/L)和AgNO3(0.0993mol/L)溶液中的重金属铜离子和银离子为研究对象，同步加钛酸盐纳米管吸附剂。其吸附能力如表1所示。其中表中c1为重金属离子的初始浓度；c2为反应后重金属离子的剩余浓度；c1-c2为反应前后重金属离子浓度差；V(10mL)为重金属离子标准溶液的用量；m1为钛酸盐纳米管吸附剂的用量；m2为反应前后除去的重金属的质量。
Figure BSA00000806780000031
从表1结果可看出，文中每克纳米管交换重金属的质量都近几百毫克，钛酸盐纳米管对重金属离子的吸附效果非常好。

Claims (4)

1.一种钛酸盐纳米管，其特征在于：它是采用水热法制备得到的白色絮状物，此絮状物呈碱性，使用时无需用蒸馏水反复清洗。
2.根据权利要求1所述的钛酸盐纳米管，其特征在于：它是开口的中空管，长约几百纳米，孔壁为层状结构，具有极高的比表面积，重金属离子通过物理吸附不仅可以附着在纳米管的内外管壁上，而且还可以附着于纳米管的管壁之间，填充入纳米管内，大大增加了重金属离子的物理吸附量。
3.根据权利要求1所述的钛酸盐纳米管，其特征在于：表面含有大量的—ONa键，重金属离子可以和—ONa键中的Na+离子交换，从而化学吸附在纳米管上。
4.根据权利要求1所述的钛酸盐纳米管，其特征在于：采用物理吸附和化学吸附同时进行的方式，大大提高了吸附剂的吸附性能，吸附结果表明，每克纳米管交换重金属的质量都近百毫克，最大可达到约六百毫克，从而达到高效去除水中重金属离子的效果。
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