TiO2制备条件的优化及TiO2-La砷氟共除性能研究

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水体中砷氟含量超标会严重威胁人类健康,地下水中单砷、单氟及砷氟复合污染是当今世界面临的严峻的环境问题。吸附法由于其简单高效、成本低廉并且颗粒吸附剂可以再生利用而广泛应用于砷氟的去除。本研究通过对制备条件的优化成功制备了颗粒二氧化钛并利用氢氟酸和氟化钠将吸附在二氧化钛上的硅酸盐反洗下来,还合成了两种复合材料用于砷氟的吸附共除。首先,通过探究硫酸氧钛水解的pH、氢氧化钠滴加量、硝酸与浆液离心后沉淀物的比例、高压反应釜中反应温度和反应时间、离心后浆液的含水率对二氧化钛的吸附能力和颗粒强度的影响,确定最佳制备条件,制备了平均颗粒强度超过5 N、对砷的去除率高于E33p的颗粒二氧化钛,为饮用水除砷提供新型的颗粒吸附剂。其次,针对二氧化钛吸附地下水中砷过程中硅酸盐降低砷的去除率,而传统用NaOH反洗二氧化钛的方法不能将硅酸盐反洗下来的问题,探究了氟化钠反洗二氧化钛上吸附的硅酸盐最佳条件。在吸附Si浓度为50 mg/L的Na2SiO3溶液后,F浓度为500 mg/L的NaF溶液在氢氟酸调p H 4下可以在2 h内将二氧化钛上吸附的Si近乎100%地反洗下来,溶液中F-和未完全电离的HF在这过程中起主要作用,并且经过反洗再生的二氧化钛依然对As(III)和As(V)有较强的吸附能力。最后制备了两种复合材料{001}TiO2-La和{100}TiO2-La用于砷氟吸附共除。对{001}TiO2-La进行表征,La含量为6.9%,等电位点为6.9。水化学实验结果表明,{001}TiO2-La对As(III)和F的吸附符合Langmuir吸附模型,对As(III)和F的最大吸附量分别为0.598 m mol/g和2.221 m mol/g;对As(III)和F的吸附符合拟二级动力学规律,As(III)约5 h时即可达到吸附平衡,F的吸附平衡时间大约为24 h。pH影响{001}TiO2-La对As(III)和F的共除效果,pH为26.5时,F的去除率最高,在80%以上;As(III)的去除率在pH为47时最高,大约为35%。{100}TiO2-La中镧的含量为35%,比表面积为23.7 m2/g,等电位点为7.0。吸附剂对As(III)和F的吸附符合拟二级动力学规律,As(III)约20 h时即可达到吸附平衡,F的吸附平衡时间大约为22 h。pH显著影响{100}TiO2-La对As(III)和F的去除效果,对于初始浓度为2.5 mg/L的As(III)和F,在pH 28之间{100}TiO2-La对As(III)和F的去除率都可以达到90%。在实际地下水pH范围内,当固液比为5 mg/L时,吸附后地下水中F的浓度为0.12 mg/L,As(V)的浓度为0.007 mg/L。用吸附剂填充滤柱处理实际水样,BV10为63,BV1000为78。出水pH从实验开始时的9.65迅速降低,在20床体积之后稳定在8.99.0之间。
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