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以水热法制备的TiO2纳米管(Titania Nanotubes,简称TNT)为基体,FeCl3为铁源,采用浸渍法在TiO2纳米管表面负载铁,将材料在马弗炉中焙烧后,得到载铁TiO2纳米管(记为Fe/TNT)。采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、BET比表面积分析及X-射线光电子能谱(XPS)等分析手段对TNT及Fe/TNT进行了表征,考察了Fe/TNT对水中五价砷的吸附效果。
表征结果表明,TiO2纳米管载铁后晶型出现一定的变化,其中锐钛矿晶型的衍射峰强度减弱,当浸渍液HCl浓度增大至3 mol/L时,锐钛矿的晶型变化更加明显,并开始出现Fe2O3的特征峰。TEM与BET比表面积分析结果显示,在0.1mol/L HCl浸渍条件下制备的Fe/INT的结构与未载铁的TiO2纳米管相比没有明显变化,比表面积从298.2 m2/g下降至233.9 m2/g。但在3 mol/L HCl浸渍条件下制备的Fe/TNT出现结块和堆积现象,管状结构被破坏。XPS结果显示在0.1 mol/L HCl浸渍条件下制备的Fe/TNT的载铁量为3.43％,且负载后的铁以Fe2O3形式存在于纳米管表面或晶格内部。
以制备的载铁TiO2纳米管(Fe/TNT)为吸附剂分别考察了其对水中低浓度As(Ⅴ)及高浓度As(Ⅴ)的吸附去除效果,并用Langmuir吸附等温模型对吸附过程进行了拟合。对于低浓度的As(Ⅴ)来说,低温环境更有利于吸附的进行,且吸附存在一个最佳pH值。在pH值为3.5的溶液环境中,15℃下吸附8 h后,Fe/TNT对As(Ⅴ)的吸附量达到35.5 mg/g,而在相同的条件下,TiO2纳米管(TNT)对As(Ⅴ)的吸附量只有10.5 mg/g;对于高浓度As(Ⅴ)的吸附,同样是在低温及酸性的溶液环境中更有利于吸附,但吸附达到平衡的时间比低浓度As(Ⅴ)要短。实验还考察了SO42-、PO43-等几种离子与As(Ⅴ)共存时对吸附效果的影响及Fe/TNT的再生情况,结果显示SO42-对As(Ⅴ)吸附的影响不大,而加入PO43-后Fe/TNT对As(Ⅴ)的吸附量下降了近40%。用NaOH溶液对Fe/TNT的脱附再生性能进行了考察,结果表明,随着NaOH溶液浓度的升高,脱附效果越好,但当NaOH溶液浓度大于0.5 mol/L时,脱附率都能达到90%;实验中用1 mol/L的NaOH溶液对Fe/TNT脱附40min,脱附率达到90.2%。