TiO2/Fe2O3复合材料对Cr6+的吸附性能研究

张继东 ， 李勇强 ， 侯 磊

(宁夏公安厅物证鉴定中心 ， 宁夏 银川 750011)

TiO2/Fe2O3复合材料对Cr6+的吸附性能研究

张继东 ， 李勇强 ， 侯 磊

(宁夏公安厅物证鉴定中心 ， 宁夏 银川 750011)

近年来，工业的发展所带来的重金属污染问题已经越来越严重，在处理重金属污水方面，二氧化钛吸附法是一种新的处理方法。本研究采用溶胶—凝胶法制备纳米材料。纳米TiO2/Fe2O3复合材料与传统纳米TiO2材料相比，具有比表面积大、分散均匀等优点，是一种更为理想的固相吸附材料。采用紫外—可见光分光光度法测定溶液中Cr6+的含量，考察了该材料对Cr6+吸附的最佳条件为：pH值为3、温度为35 ℃、时间为25 min、吸附剂用量15 mg，此条件下吸附性能达到最佳，吸附量为 3 mg/g。

TiO2/Fe2O3； Cr6+； 吸附

21世纪以来，随着工业化进程的发展，由于预防不利，环境的污染也越来越严重。尤其是在矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水(含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子)是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。目前对于工业废水中重金属离子，可以用化学沉淀法、吸附法、离子交换法、生化处理法等方法来处理[1-4]。由于纳米材料具有比表面积大、吸附性能好等一系列特殊新颖的物理化学性质而引起了人们广泛的重视。纳米二氧化钛具有廉价易得、安全无毒以及有较好的吸附能力等特点，其可再生性能也是一个不可忽视的优点。在吸附重金属离子的过程中，各种纳米材料的二氧化钛表现出了优越的吸附性及可再生性[5-8]。可见，纳米二氧化钛是一种颇有前景的固相吸附剂。本研究通过溶胶凝胶法，制备了TiO2/Fe2O3复合材料，考察了其对水溶液中铬离子吸附性能的影响，并采用紫外—可见分光光度法检测了铬离子的含量。

1 实验

1.1 试剂与仪器

试剂：无水乙醇(西安三浦化学试剂有限公司天津市)；硫酸(成都市科龙化工试剂厂)；氢氧化钠(天津市科密欧化学试剂有限公司)；三氯化铁(FeCl3·6H2O，国药集团化学试剂有限公司)；聚乙烯吡咯烷酮(PVP，德国BASF)；四氯化钛(TiCl4，福晨化学试剂有限公司)；F127(EO106PO70EO106，德国BASF公司)；糠醇(FA，国药集团化学试剂有限公司)；二苯碳酰二肼(C13H14N4O，天津市北联精细化学品开发有限公司)。以上药品均属于分析纯。

仪器：94-2恒温磁力搅拌器(上海梅英普仪器仪表制造有限公司)；自动程控烘箱(杭州卓驰仪器有限公司)；THZ-82恒温振荡器(常州国华电器有限公司)；AL-204型电子天平(梅特勒—托利多仪器有限公司)；紫外—可见分光光度计UV-2450(日本岛津公司)。

1.2 方法

1.2.1 纳米TiO2/Fe2O3复合材料的制备

移取2.6 mL TiCl4缓慢地滴加到56 mL搅拌的无水乙醇(冰水浴)中；继续搅拌，待其完全溶解后，将1.793 5 g F127加入到上述溶液中，在室温下搅拌直到F127全部溶解；然后将3% FeCl3·6H2O的水溶液和2.27 mL FA依次加入到上述混合液中，密封，搅拌15 min，敞开静置使溶剂蒸发。待其充分凝胶后，在60 ℃放置5 d，然后在130 ℃放置3 d，成干凝胶。最后在管式炉中煅烧干凝胶，以5 ℃/min的升温速率从室温升到130 ℃，以1 ℃/min的升温速率从130 ℃升到450 ℃，在450 ℃保持2 h。即可得到TiO2/Fe2O3。

1.2.2 铬离子浓度的测定

本实验中对于水溶液中微量铬离子浓度的测定采用二苯碳酰二肼可见吸光光度法(中华人民共和国国家标准GB/T5750.6-2006中的二苯碳酰二肼分光光度法测定水中铬)。原理是在酸性溶液中，六价铬可与二苯碳酰二肼作用，生成紫红色络合物，其色泽深浅与铬的含量成正比，与标准系列比较定量。具体分析过程如下：在25 mL具塞比色管中加入一定量的铬离子标准溶液，1.25 mL硫酸(1∶7)加DPC3.0mL，用超纯水定容，摇匀，在室温下反应5～10min后，以试剂空白做参比(无铬的)，于540nm波长处测定吸光度A，根据朗伯—比尔定律在0～2.0 mg/L建立了标准曲线方程：

A=0.015 84+0.496 06c

(1)

其中：A为吸光度；c为溶液浓度；曲线相关系数R2=0.9989

1.2.3 铬离子吸附实验

在10 mL一定浓度的Cr6+水溶液中加入制备好的TiO2/Fe2O3复合材料21 mg，用H2SO4和NaOH溶液调至所需酸度，在一定温度下振荡吸附一定时间后，静置10 min 左右离心分离，取上层清液按照1.2.2所述方法测定吸光度A。Cr6+的吸附率按式(2)计算：

吸附率%=(c0-c)/c0

(2)

其中：c0为吸附之前Cr6+的浓度；c为吸附之后溶液中Cr6+的浓度。

2 结果与讨论

2.1 pH值对吸附率的影响

在pH值为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0的同一浓度的Cr6+水溶液中，分别加入21 mg的TiO2/Fe2O3复合材料吸附剂，在反应温度25 ℃下振荡15 min，离心后对上清液进行吸光度测定，对材料吸附Cr6+性能进行了分析，结果如图1所示。

图1 pH值对吸附率的影响

由图1可以看出，该条件下pH值为3时吸附效果最好，吸附率达37%。

2.2 时间对吸附率的影响

在pH值为3的一定浓度的Cr6+水溶液中加入21 mg纳米TiO2/Fe2O3复合材料，温度为25 ℃条件下，振荡时间分别为5、10、15、25、30 min，对其吸附Cr6+的性能进行测定，结果如图2所示。从图2可以看出，吸附时间对Cr6+吸附的影响较大，在25 min时该材料对Cr6+的吸附最佳，为26%，之后随着时间增加吸附率反而减小。

图2 时间对吸附率的影响

2.3 温度对吸附率的影响

pH值为3的一定浓度的Cr6+水溶液中，加入21 mg的TiO2/Fe2O3复合材料吸附剂，温度为25、30、35、40、45 ℃条件下，振荡25 min，考察温度对Cr6+吸附的影响,结果如图3所示。可以看出，该条件下温度对吸附率的影响较小，在35 ℃时吸附效果最好，达32.4%。

图3 温度对吸附率的影响

2.4 吸附剂用量对吸附率的影响

在pH值为3的Cr6+溶液中分别加入3、5、8、10、12、15、18、21、24 mg的TiO2/Fe2O3复合材料，在35 ℃的条件下，振荡吸附25 min，考察了吸附剂用量对Cr6+吸附的影响，结果如图4所示，可以看出，吸附剂用量为15 mg时达到最好吸附效果，吸附率61.7%，此时吸附量为3 mg/g。

图4 吸附剂用量对吸附率的影响

3 结论

通过溶胶凝胶法和水热法制备了TiO2/Fe2O3复合材料，而且制备材料的设备简单，操作方便，产量大。考察并确定该材料对Cr6+吸附的最佳条件为pH值3、温度35 ℃、时间25 min、吸附剂用量到15 mg，此条件吸附性能达到最佳，吸附量为3 mg/g，对Cr6+具有一定的吸附效果。

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Study on the Adsorption Property of TiO2/Fe2O3Composite Material for Cr6+

ZHANG Jidong , LI Yongqiang , HOU Lei

(Institute of Forensic Science , Ningxia Public Security Bureau , Yinchuan 750011 , China)

In recent years,the problem of heavy metal pollution brought by the development of industry has become more and more serious.Among the methods of treating heavy metal waste water,TiO2adsorption method is a new method.In this study,TiO2/Fe2O3nano materials are prepared by sol-gel method.Compared with traditional nano-TiO2,TiO2/Fe2O3with large specific surface area,uniform dispersion and other advantages,is a more ideal material for solid phase adsorption.The content of Cr6+in solution is determined by UV Vis spectrophotometry.The optimal conditions for adsorption of Cr6+in water are investigated.The adsorption capacity is 3 mg/g in the condition of pH value 3,35 ℃,15 min and 15 mg TiO2/Fe2O3adsorption agent.

TiO2/Fe2O3； Cr6+； adsorption

2016-10-17

张继东(1970-)，男，高级工程师，从事刑事技术理化(毒物、毒品及微量物证)检验检查工作，电话：13709511159。

TQ050.43，TQ424.29

A

1003-3467(2017)01-0025-03