新型TixIP6材料的合成及其除氟性能研究

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近年来,随着锆化盐在金属涂装前处理技术的成熟,以及节能环保意识的增加,锆化盐技术的应用越来越广。锆化盐是以六氟锆酸(H2ZrF6)为基质的纳米技术,它能够附着在在金属表面上形成纳米薄层。但是,H2ZrF6有很强的毒性与腐蚀性,对生物、人的皮肤有很强的刺激性,甚至会导致呼吸道、肺部癌变。氟锆酸废水中含有大量氟化物,直接排放会导致氟污染。目前针对该废水除氟研究工作鲜有报道。植源性废弃物是农作产品加工后剩余的材料,例如稻谷壳、米糠等,植源性废弃物中含有丰富的植酸。但由于植源性废弃物的应用尚未得到很好的开发,从而植源性废弃物在农业或工业生产中进行再次有效使用成为一个新的研究方向。植酸作为一种具有良好物化性质的试剂,在日化、医疗、金属防护等领域中应用广泛。因此,开发新的植酸的应用具有很大意义。本课题利用植酸中含有六个强络合能力的磷酸基团,尝试合成多齿的植酸盐,并对植酸钛的应用进行研究,以寻求一种对植源性废弃物进行有效利用的方法。主要研究内容有:(1)本实验利用植酸与硫酸钛(Ti(SO4)2)直接进行沉淀反应,尝试研究不同初始Ti/P摩尔配比制备不同颗粒尺寸的植酸钛材料。并通过扫描电镜(SEM),电子能谱衍射(EDX),比表面积(BET),X射线衍射(XRD),傅里叶红外光谱(FT-IR)等检测仪器对植酸钛进行表征。实验表明,制备的植酸钛材料具有多孔状的结构,是一种介孔材料。(2)本论文研究了植酸钛对水溶液中氟离子的吸附性能。研究了不同初始Ti/P摩尔配比吸附氟离子的效果、氟离子溶液的pH值、植酸钛投用量、氟离子的初始浓度以及吸附接触时间等实验条件对植酸钛吸附性能的影响。实验数据表明:Ti/P=5:6(Ti5IP6)颗粒的除氟效果最优,氟离子溶液的pH=5.0时,植酸钛颗粒对氟离子的吸附能力最大,其最大吸附量qe为9.2205 mg.g-1;植酸钛的吸附能力随着氟离子初始浓度增大而逐渐增大;孔状植酸钛对氟离子的吸附量也随反应时间的增长而呈上升趋势,并在吸附反应进行到140min时,吸附趋于饱和,达到平衡吸附量;同时,吸附动力学表明,植酸钛对氟离子的吸附动力学符合伪二级吸附动力学模型,相关线性系数R2=0.999,植酸钛对氟离子的吸附是以化学吸附为主;植酸钛对氟离子的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型,相关线性系数R2=0.9577。(3)论文研究了植酸钛(TixIP6)对氟锆酸金属涂装废水的吸附效果。结果表明植酸钛对该废水有很好的除氟效果。而且处理之后的废水可直接再循环或收集,既避免钙盐沉淀法的繁琐操作,又可以起到防腐蚀保护作用。以Ti5IP6(Ti/P=5:6)为吸附剂,处理F浓度为36.2 mg.L-1的废水后,废水溶液的吸附量qe与剩余浓度Ce分别为1.73 mg.g-1与1.62 mg.L-1,到达国家规定排放标准。扫描电镜(SEM)及电子能谱衍射(EDX)显示植酸钛吸附前后形貌与结构没有发生变化,实验证明TixIP6是一种很合适的吸附剂用于吸附氟锆酸涂装废水中的氟离子。
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