新型炭基磷酸钛纳米涂层深度净化水中重金属特性研究

作     者：赵致雪 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张庆瑞

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：活性炭 磷酸钛 纳米涂层 吸附 铅离子 络合态铜配体 

摘      要：环境功能型纳米吸附剂因其尺寸效应而具有高比表面积、高粒子活性成为目前研究热点。如何制备具有高活性、高纳米粒子利用率、且易分离的纳米吸附剂,实现水中微量重金属高效深度净化成为研究难点。本文以活性炭为载体克服了纳米粒子吸附剂易团聚的应用瓶颈,成功负载微/纳二级磷酸钛纳米花涂层结构,实现污染废水中最为典型的重金属离子——铅和络合态铜的高深度净化,并对其吸附特性和机理进行进一步探讨。通过扫描、透射和XRD等仪器对复合涂层进行表征与结构分析,证明反应生成大量均一片层状三维磷酸钛纳米花结构,并成功负载于活性炭外表面形成磷酸钛纳米涂层。利用小型真空抽滤装置,将复合涂层制备成直径1.5 cm,厚1 mm的膜备用。首先以重金属铅为目标污染物,通过快速抽滤过程,证明在高浓度共存阳离子背景下,复合吸附剂对铅离子表现出优异的选择性,其K值大约是基底活性炭吸附剂的1150倍;在溶液环境为pH～=3.5-6.5范围内可实现95%以上的去除率;循环过滤实验证明了复合涂层具有良好的可重复利用性能:当Pb进水浓度分别为1、20mg/L时,复合涂层可分别实现至少5000 L废水/Kg吸附剂(出水浓度低于国家饮用水标准)、16000 L废水/Kg吸附剂(出水浓度低于国家工业废水标准)的处理量;且在5次吸附-脱附循环再生周期内连续实现97%以上去除率;多种重金属共存实验表明C-TiP复合吸附剂对铅和铜离子均具有高效的净化性能。为了进一步研究复合吸附剂对重金属的吸附特性,引入柠檬酸根与铜离子络合形成阴离子配体,在络合态铜废水背景下对复合涂层的吸附特性和机理进行研究,得出其吸附机理是活性炭吸附、离子交换与三元配体Ti-Citrate-Cu螯合配位协同作用的结果,且在不同阴阳竞争离子共存背景下保持较好的选择性,循环处理量可达到约6000 L废水/Kg吸附剂(出水低于国际行业废水标准),同时具有良好的吸附再生性能。