过氧化钛/壳聚糖珠的制备及重金属铊的吸附性能研究

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铊是一种剧毒重金属,其毒性远大于Hg、Cd和Pb等常规重金属。铊在自然界中有两种存在价态:正一价和正三价;溶解态的铊主要是以Tl(Ⅰ)的形式存在,易通过水体在环境介质中迁移、转化。Tl(Ⅰ)可通过饮水或食物链等方式进入生物体内,长期潜伏和蓄积,并对生物体的生理功能及神经系统产生损害,水体中Tl(Ⅰ)的去除逐渐受到研究者的关注。与其他除铊的方法相比,吸附法是最具有应用前景的方法之一,而吸附关键是高效吸附材料。铊吸附材料主要是以粉末态吸附剂为主,这使这些吸附剂在实际中应用范围备受限制。为此,将粉末态吸附剂进行颗粒化变的尤为重要,也是目前的一个热点研究。前期研究表明,粉末态过氧化钛对水体中的Tl(Ⅰ)具有良好的去除效果;而作为一种可生物降解、环境友好型的高分子化合物,壳聚糖也是一种良好的粘合剂和骨架支撑材料,可用于对吸附材料进行包埋,制成颗粒颗粒状吸附剂。本论文以壳聚糖为粘合剂,制备了新型过氧化钛/壳聚糖珠的颗粒态吸附剂,对制备的材料进行了结构表征,并对其对Tl(Ⅰ)的去除性能开展了系统探究。研究结果表明:(1)获得了过氧化钛/壳聚糖珠颗粒吸附剂,其颗粒直径在1.31.8mm之间;且具有较高的机械强度(0.52N);颗粒吸附剂的比表面积为3.86m2·g-1,孔容为0.018cm3·g-1。(2)过氧化钛/壳聚糖珠颗粒吸附剂仍保持着过氧化钛对Tl(Ⅰ)的高吸附能力,在pH=7.0±0.1时,其对Tl(Ⅰ)最大的吸附容量可达125.9mg·g-1;且具有较高的吸附速率,其吸附主要为化学吸附;吸附反应合适的温度为25℃,是一个体系混乱度增加,自发进行的放热反应过程。该吸附剂材料的适用pH范围为7.09.0,离子强度对Tl(Ⅰ)的吸附影响较小;共存阳离子对Tl(Ⅰ)吸附影响大小顺序为:Cu2+>Ca2+>Mg2+>K+;腐殖酸在浓度低于5mg·L-1时,对Tl(Ⅰ)的吸附仍能保持在较高的水平。(3)过氧化钛/壳聚糖珠吸附剂具有一定的再生性能,用一定浓度硝酸溶液可对其进行脱附-再生,吸附剂材料多次重复使用,其对Tl(Ⅰ)去除率能够保持在70%以上;吸附剂在实际水体中对铊具有较好的去除效果,当吸附剂投加量为0.1g·L-1,能使水体中Tl(Ⅰ)含量由20μg·L-1降低到2μg·L-1以下。(4)Tl(Ⅰ)去除过程主要是Tl+与过氧化钛/壳聚糖上的H+离子发生交换反应来实现的,从而形成具有-Ti-O-Tl+结构的内球体复合物。综上,制备的过氧化钛/壳聚糖珠是一种良好的除铊吸附剂,其对Tl(Ⅰ)表现出良好的吸附性能,具有较大的机械强度,且能够有效去除实际水体中Tl(Ⅰ),是一种有良好应用前景的除铊材料。图39幅,表9个,参考文献111篇。
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