过氧化钛的制备及其吸附性能研究

【摘要】随着国民经济的迅速发展，染料在纺织、造纸、皮革、建材、化工等诸多行业的使用量越来越大，染料的生产和使用过程中产生的废水对环境水体的污染也与日俱增。由于染料分子多具有偶氮键、芳香环、显色基团等的复杂而稳定的结构，染料废水具有色度高、浓度大、成分复杂、可生化性差等特点，使得染料废水成为当前环境领域中污水处理的一大问题。在众多的水处理方法中，吸附处理法是处理这类废水行之有效的常用方法之一，因此，开发新型有效的吸附剂就成为不断推进吸附处理法发展，应用其解决染料废水治理问题的关键因素。钛及其化合物因其优良的性能在军事、航天及国民经济的各个行业中都有着广泛的应用，在污水处理方面也有着广阔的应用前景。目前，关于钛的氧化物在环境领域的的研究工作多集中于二氧化钛的制备、改性及利用其优良的光催化性能降解污染物的研究上，对钛的过氧化物的研究相对较少。本文以硫酸钛和过氧化氢为主要原料，探索出了一种制备过氧化钛的有效方法，并采用X射线衍射分析（XRD）、X射线光电子能谱分析（XPS）、透射电镜扫描分析（TEM）、傅立叶红外光谱分析（FT-IR）、热重-差示扫描量热分析（TG-DSC）等测试分析技术对所制备的样品进行了一系列的表征分析，探讨了过氧化钛的结构特性及表面形貌特点。表征的结果显示所制备的过氧化钛粉末是一种介孔材料，在自然状态下以无定形状态存在，其中存在过氧基团和大量的表面羟基，在加热到一定温度下可以分解为二氧化钛。本文以甲基橙、苯酚和亚甲基蓝（MB）、孔雀石绿（MG）、中性红（NR）三种阳离子染料为目标污染物研究了过氧化钛对不同污染物的处理性能，发现并验证了其对阳离子染料具有良好的吸附性能，并对初始浓度、温度、pH、分子结构大小等影响因素进行了详细的讨论分析。过氧化钛对亚甲基蓝、孔雀石绿和中性红吸附过程十分迅速，在很短的时间内就能够达到平衡状态，其吸附平衡时间随染料溶液初始浓度的增大而增加。本文还探讨研究了过氧化钛对亚甲基蓝、孔雀石绿和中性红的吸附特点，对其吸附数据进行动力学拟合，得出其动力学特征，发现其极为符合准二级动力学方程，在温度为293K和初始浓度为400mg·L-1的条件下，过氧化钛对亚甲基蓝、孔雀石绿、中性红的平衡吸附容量分别224.37mg·g-1、251.38mg·g-1、327.61mg·g-1；进一步研究了过氧化钛吸附阳离子染料过程的热力学特点，说明了该吸附过程是自发过程，十分符合Langmuir等温线模型；最后对过氧化钛吸附阳离子染料的吸附机理做了简单探讨，说明了该吸附过程是以静电吸附作用为主的单分子层吸附。
【作者】赵晓光；
【导师】黄继国；
【作者基本信息】吉林大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】过氧化钛；阳离子染料；吸附；吸附动力学；吸附热力学；

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