摘 要

本文以钛酸四丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法制备TiO₂，并用FT-IR和XRD对其结构进行表征。FT-IR分析表明：产物中有TiO₂的特征振动吸收峰。XRD分析表明： 经500℃ 煅烧的产物TiO₂为锐钛矿晶相。以铅离子为吸附对象，我们研究了吸附条件对纳米TiO₂吸附性能的影响，结果表明：溶液pH值在1.0~6.0范围内变化时，吸附量随pH增加而增加，溶液pH值增加到6.0时，吸附量达到最大。吸附时间在1~20min内，吸附量随吸附时间增加而增加，吸附时间达到20min时，吸附量达到最大。在pH=6.0，静态吸附时间达到20min时，纳米TiO₂对铅离子的静态吸附容量为3.2mg/g，溶液中被吸附的铅离子的比例（吸附率）达到99%。这表明纳米TiO₂可以作为铅离子分离富集的材料，对于处理废水中的铅离子有很好的应用前景。实验还发现，溶液中共存的Zn² 、Fe³ 会降低纳米TiO₂对铅离子的吸附率，而Na 对纳米TiO₂的吸附率无明显影响。

关键词：纳米TiO₂ 溶胶-凝胶法 铅离子 吸附

Synthesis and Adsorption Properties of Nano-TiO₂

Abstract

In this paper, tetrabutyl titanate was used as raw material to obtain the product TiO₂ by sol-gel method. The product was characterized by FT-IR and XRD. FT-IR analysis show that the characteristic spectrum vibration peak of TiO₂ was found in the spectrum of the synthesized product. XRD analysis show that the crystal phase of calcined TiO₂ at 500℃ was anatase. The effect of adsorption conditions on the adsorption properties of nano-TiO₂ was studied by using lead ions as adsorption targets. The results show that the static adsorption capacity of nano-TiO₂ for lead ions is 3.2 mg/g at pH=6.0 and the static adsorption time reaches 20 min. The amount of adsorbed lead ions (adsorption rate) reached 99%. This indicates that nano-TiO₂ can be used as a material for separation and enrichment of lead ions, and it has a good application prospect for the treatment of lead ions in waste water. It was found that the coexistence of Zn² and Fe³ in the solution reduced the adsorption rate of nano-TiO₂ on lead ions, and Na had no significant effect on the adsorption rate of nano-TiO₂.

Key Words: nano-TiO₂; sol-gel method; lead ions adsorption

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.1.2 重金属离子分离富集现状 1

1.1.3 分离富集常用的吸附材料 4

1.2纳米TiO₂简介 5

1.2.1 纳米TiO₂的晶体结构 5

1.2.2 纳米TiO₂的应用 6

1.2.3 纳米TiO₂制备方法 7

1.3 本课题的研究内容及意义 8

1.3.1 本课题的研究内容 8

1.3.2 本课题的研究意义 9

第二章 实验方法 10

2.1 实验试剂及仪器 10

2.2 实验步骤 11

2.2.1 溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂^[27] 11

2.2.2 铅离子吸光度标准曲线的绘制 11

2.2.3 吸附条件对纳米TiO₂吸附性能的影响 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 纳米TiO₂的表征 13

3.1.1傅里叶红外光谱（FT-IR）分析： 13

3.1.2 X射线衍射（XRD）分析： 13

3.2 铅离子标准曲线的绘制 14

3.3 吸附条件对纳米TiO₂吸附性能的影响 15

3.3.1 溶液pH值对纳米TiO₂吸附性能的影响 15

3.3.2 吸附时间对纳米TiO₂吸附性能的影响 15

3.3.3 共存离子对纳米TiO₂吸附性能的影响 16

第四章 结论和展望 17

4.1 结论 17

4.2 展望 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 文献综述

研究背景

• • 1. 重金属污染现状

Zn、Cu、Cr等元素都是重金属元素，它们是人体所必须的微量元素，虽然在人体中的含量只有很小的一部分，却在生命活动中起着至关重要的作用，例如稳定核酸的构型、性质和正常代谢，在金属酶中作为活性中心，调节人体的激素等等。但若人体中的金属离子含量超过了人体所能承受范围，必然会危害身体健康。除了生命元素以外，其他元素会随着开发利用自然资源等人类活动进入环境，再通过大气、水体和食物进入人体，成为人体的污染元素。金属离子在体内大量累积，会影响人体的正常代谢，甚至引起病变。例如Cr³ 是人体必须的微量元素，但Cr⁴ 毒性较大。人体中Zn² 含量过多会引起胃癌，Pb² 含量过多会造成贫血，损害我们的肾脏和神经。Hg² 含量过多会导致脑炎，损害中枢神经和肾脏。

重金属污染的主要来源是大气、水体和土壤。工业革命以来，工业生产、尾气排放等活动都增加了大气中的有害气体和粉尘，而这些物质中含有大量的重金属元素。它们跟随自然循环进入水体、土壤中，再通过食物链进入人体。除此之外，某些工厂将未经处理的工业废水直接排放到水体中，造成了水体污染。近些年来，重金属污染的问题得到了人们的广泛关注。重金属污染的降解相比于其他有机或者无机物的降解更加困难，因此对于环境中重金属离子的处理就显得更为迫切。

重金属离子分离富集现状

铅离子若在水体中大量存在，就会严重影响到人类的身体健康。它可以通过呼吸道进入人体，进而进入血液循环，引发铅中毒，并且这种伤害是不可逆转、终生性的，严重时甚至会有生命危险。农药残留、尾气排放、工业废水、开采铅矿都会带来铅污染。重金属对人类身体危害如此之大，那么其分析检测工作就有十分重要的意义。如今，分离科学已经发展成为一个独立的学科，我们可以通过以下方法来分离富集重金属离子：