本發(fā)明涉及一種銻吸附材料的制備及其應(yīng)用方法，屬于環(huán)境科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

隨著銻礦的開(kāi)采及銻化合物的廣泛使用，水體銻(Sb)污染受到全球廣泛關(guān)注。銻化學(xué)反應(yīng)屬性活潑，能與多種物質(zhì)發(fā)生作用，可以參與生物體內(nèi)的生化過(guò)程。因此，非正常的銻攝入會(huì)引起各種機(jī)體不良反應(yīng)，損害心、腦、肝臟等器官。銻及銻化物已被多個(gè)國(guó)家和組織如美國(guó)、日本和歐盟列為飲用水中優(yōu)先污染物，預(yù)警水平為2-6μg/L(USEPA6μg/L；日本2μg/L；歐盟5μg/L)。如何有效去除水體中的銻已成為環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

二氧化鈦(TiO₂)材料作為性能優(yōu)良的吸附劑已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域。近期研究表明，納米材料的晶面是影響其吸附性能的主要因素。由于TiO₂高能{001}晶面Ti原子全部以不飽配位存在，因此具有更高的吸附效率。表面電子結(jié)構(gòu)不同會(huì)導(dǎo)致吸附劑表面與被吸附物間電子轉(zhuǎn)移及化學(xué)成鍵機(jī)理的顯著差異。研究表明染料分子在TiO₂{101}面以單齒吸附構(gòu)型存在，吸附能力較弱；在高能{001}面以雙齒吸附構(gòu)型存在，吸附鍵合更為穩(wěn)定。由此可見(jiàn)，高能晶面TiO₂材料所特有的高效吸附能力為其高效去除水體中污染物提供了潛在機(jī)遇，而目前關(guān)于這方面的研究鮮有報(bào)道。

吸附過(guò)濾是當(dāng)前處理水體銻污染的主流技術(shù)。常用吸附材料包括活性碳、氧化鐵、氧化鋯、氧化錳等。雖然鐵基吸附材料被廣泛應(yīng)用于水體銻污染的去除，但其吸附容量難以滿足實(shí)際需求，尤其是對(duì)銻礦開(kāi)采區(qū)的高濃度銻污染。為了克服現(xiàn)有方法的不足，本發(fā)明以二乙烯三胺(DETA)為表面控制劑合成了高能{001}晶面自組裝的TiO₂材料。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)證明，與目前相關(guān)研究相比，本發(fā)明方法具有更高的銻吸附容量，并具有更廣的pH適用范圍，可用于去除水體中的高濃度銻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種銻吸附材料，并研究其對(duì)銻的吸附應(yīng)用方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，一種銻吸附材料的制備及其應(yīng)用方法，其特征在于，吸附材料由高能{001}晶面二氧化鈦構(gòu)成，材料表面呈薄片花朵狀。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，一種銻吸附材料的制備及其應(yīng)用方法，高能{001}晶面二氧化鈦制備方法為：將60mL異丙醇加入100mL燒杯中，在磁力攪拌下逐滴加入2.5mL鈦酸四異丙酯，之后加入50μLDETA溶液反應(yīng)10分鐘，將溶液置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，200℃下反應(yīng)24h，用無(wú)水乙醇洗滌5次后烘干燒結(jié)得到產(chǎn)物。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，高能{001}晶面二氧化鈦烘干溫度為60℃。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，高能{001}晶面二氧化鈦燒結(jié)溫度為400℃，燒結(jié)時(shí)間為4小時(shí)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，銻吸附等溫線實(shí)驗(yàn)所用高能{001}晶面二氧化鈦濃度為0.1g/L，pH值為7，溶液中銻濃度范圍為5-500mg/L。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，銻吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)所用高能{001}晶面二氧化鈦濃度為0.1g/L，pH值為7，溶液中銻濃度為40mg/L。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，銻吸附pH邊實(shí)驗(yàn)所用高能{001}晶面二氧化鈦濃度為0.1g/L，pH范圍為1.0～12.0，溶液中銻濃度為40mg/L。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，溶液中銻濃度檢測(cè)使用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀(ICP-OES)。

本發(fā)明中高能晶面二氧化鈦材料對(duì)銻的吸附容量較其他吸附劑有大幅提高，適用pH范圍廣，可用于處理高濃度銻污染水體。

附圖說(shuō)明

下面通過(guò)圖例說(shuō)明本發(fā)明的主要特征。

附圖1是本發(fā)明制備高能{001}晶面二氧化鈦的掃描及透射電鏡照片。從圖中可以看出，二氧化鈦顆粒大小均勻，呈球狀，大小為700nm，材料表面呈薄片花朵狀，主要以TiO₂{001}晶面為主。

附圖2是本發(fā)明制備高能{001}晶面二氧化鈦材料的氮?dú)馕矫摳角€圖。從圖中可以看出，高能{001}晶面二氧化鈦材料比表面積為205m²/g。

附圖3是本發(fā)明制備高能{001}晶面二氧化鈦材料的XRD譜圖。結(jié)果表明，二氧化鈦為銳鈦礦正方晶系(JCPDS:65-5714)。

附圖4是本發(fā)明制備高能{001}晶面二氧化鈦材料的拉曼譜圖。結(jié)果表明，二氧化鈦具有銳鈦礦型特征峰。

附圖5是本發(fā)明制備高能{001}晶面二氧化鈦對(duì)水中銻的吸附容量曲線。從圖中可以看出，高能{001}晶面二氧化鈦材料對(duì)三價(jià)銻的吸附容量為200mg/g，對(duì)五價(jià)銻的吸附容量為156mg/g，吸附等溫線符合Langmuir模型。

附圖6是本發(fā)明制備高能{001}晶面二氧化鈦對(duì)水中銻的吸附動(dòng)力學(xué)曲線。從圖中可以看出，TiO₂對(duì)銻的吸附在40min時(shí)達(dá)到吸附平衡，吸附行為符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，說(shuō)明化學(xué)吸附起主要作用。

附圖7是本發(fā)明制備高能{001}晶面二氧化鈦在不同pH下對(duì)水中銻的去除效果。從圖中可以看出，二氧化鈦在較廣的pH范圍(1-8)內(nèi)均能有效去除水中的銻。

發(fā)明實(shí)施例

下面進(jìn)一步通過(guò)實(shí)施例來(lái)闡述本發(fā)明。

實(shí)施例1 高能{001}晶面二氧化鈦材料制備：將60mL異丙醇加入100mL燒杯中，在磁力攪拌下逐滴加入2.5mL鈦酸四異丙酯，之后加入50μLDETA溶液，反應(yīng)10分鐘后將溶液置于聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，200℃下反應(yīng)24h，無(wú)水乙醇洗滌5次后，60℃下烘干，馬弗爐400℃下煅燒4h，得到產(chǎn)物。

實(shí)施例2 高能{001}晶面二氧化鈦應(yīng)用于銻的吸附：準(zhǔn)確稱取4mg二氧化鈦，分別加入40mL銻濃度為5-500mg/L的溶液中，背景液為0.04mol/L氯化鈉，混勻，pH調(diào)至7，放入搖床進(jìn)行平衡吸附實(shí)驗(yàn)，吸附平衡后將吸附液過(guò)0.45μm濾頭，使用ICP-OES測(cè)量水中銻的濃度；準(zhǔn)確稱取15mg二氧化鈦，加入150mL銻濃度為40mg/L的溶液中，背景液為0.04mol/L氯化鈉，pH調(diào)至7，磁力攪拌下混勻，隔時(shí)取樣，吸附液過(guò)0.45μm濾頭，使用ICP-OES測(cè)量水中銻的濃度；準(zhǔn)確稱取4mg二氧化鈦，加入40mL銻濃度為40mg/L的溶液中，背景液為0.04mol/L氯化鈉，混勻，pH調(diào)至所需值，放入搖床中進(jìn)行平衡吸附實(shí)驗(yàn)，吸附平衡后將吸附液過(guò)0.45μm濾頭，使用ICP-OES測(cè)量水中銻的濃度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)以及文獻(xiàn)調(diào)研，得到以下數(shù)據(jù)(表1)：

表1.本研究高能{001}晶面二氧化鈦以及文獻(xiàn)報(bào)道吸附材料對(duì)三價(jià)銻與五價(jià)銻的吸附容量

上述實(shí)施例說(shuō)明，與目前常用的吸附劑相比，本發(fā)明制備高能{001}晶面二氧化鈦對(duì)水中銻具有更高的吸附容量。