论文部分内容阅读
本研究选取应用较为广泛的二氧化钛纳米颗粒(TiO2 NPs)为研究对象,分析了两种不同来源的腐殖酸(HA)在TiO2 NPs表面的吸附行为,并对吸附后TiO2 NPs的悬浮/沉降行为进行了研究,分析了包括pH值、离子强度在内的水体理化要素与HA共同作用下,TiO2 NPs的悬浮/沉降行为。研究结果主要包括以下内容:(1)不同来源的HA对于TiO2 NPs吸附行为的影响具有差异性。HA与TiO2NPs的吸附主要通过静电作用、疏水作用以及官能团之间的化学反应。在pH=2.0时吸附量达到最大值,这主要是由于TiO2 NPs在酸性条件下带正电荷,而HA带负电荷,此时静电吸附起主要作用。在相同pH值条件下,TiO2 NPs对来源于灰褐煤的腐殖酸(HA1)的吸附量大于来源于水中的腐殖酸(HA2),这主要是因为HA1比HA2的疏水性更强,更容易吸附到TiO2 NPs表面。对比两种HA的吸附时间,HA1在12个小时达到吸附平衡,而HA2则在8个小时达到吸附平衡,这可能是由于两种不同来源的HA的物理化学结构存在差别所导致的,而两种HA对于二级动力学拟合性较好,这说明吸附过程主要以化学反应为主。对于HA1来说,Langmuir和Freundlich等温线拟合性相差不大,而对于HA2来说Langmuir拟合较好,则说明HA2与TiO2 NPs的吸附更倾向于单层吸附为主。(2)不同pH值及不同HA吸附后对TiO2 NPs悬浮/沉降行为影响较大。溶液pH值在pH=3.0或10.0时TiO2 NPs由于静电排斥作用更不易团聚而沉降;当pH=7.0时TiO2 NPs易发生团聚沉降,这主要是因为当溶液pH值位于纳米材料等电点时,纳米材料带电量密度较低,颗粒间静电排斥作用下降。当溶液pH偏离TiO2 NPs等电点,TiO2 NPs表面电荷密度增加,颗粒间静电排斥作用上升。pH小于等电点时,TiO2 NPs带正电荷,pH大于等电点时,TiO2 NPs带负电荷。在溶液pH=3.0时,HA通过静电引力作用吸附在TiO2 NPs表面,HA通过空间位阻作用增加了颗粒间的能量壁垒,使TiO2 NPs/HA在溶液中更易悬浮。(3)不同阳离子与HA共同作用下,TiO2 NPs的悬浮/沉降行为差异显著。研究HA以及Na+、Mg2+、Ca2+三种常见阳离子对于TiO2 NPs的悬浮/沉降行为影响表明,三种阳离子对于HA吸附后的TiO2 NPs的悬浮/沉降影响主要是Na+<Mg2+<Ca2+,这主要是Ca2+具有很强的架桥作用,会引起纳米颗粒的粒径先急剧增大后略有减小;而在高Ca2+离子强度下,纳米颗粒的团聚度会降低。并且Ca2+引起的电双层(EDL)压缩功能强于Na+和Mg2+,对于同种离子来说,随着离子强度的增大,TiO2 NPs的悬浮性越差,越容易沉降。