环境友好型Ti3C2Tx@CS复合材料制备及对水体中Cr(Ⅵ)和刚果红去除机制研究

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随着电镀、冶炼等行业的快速发展,重金属(Cr(Ⅵ))的使用量持续增加。在使用过程中,部分重金属(Cr(Ⅵ))排入水体,造成污染。同时,10-15%的刚果红染料(CR)在行业生产或使用过程中会排入水体污染水环境。如何有效去除水体中的重金属(Cr(Ⅵ))和染料(刚果红)污染物是环境污染研究的热点和难点。因成本较低、处理效果好、工艺较简单,以复合材料为主体的吸附剂在水体污染物处理中的应用备受关注。基于Ti3C2Tx二维层状材料和壳聚糖(CS),本研究成功合成了环境友好型Ti3C2Tx@CS无机复合材料,并应用于Cr(Ⅵ)和CR的去除过程。主要研究结果如下:(1)Ti3C2Tx@CS复合材料的构建及其表征。溶液法制备的Ti3C2Tx@CS复合材料成薄膜状,质地紧密。SEM分析表明CS附着在Ti3C2Tx的表层和内部,其表面出现孔穴结构;物相分析结果表明Ti3C2Tx与CS未发生化学反应,为物理复合。XPS和EDS分析初步表明Ti3C2Tx@CS可去除水中部分的Cr(Ⅵ)和刚果红。(2)Ti3C2Tx@CS对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究。Ti3C2Tx@CS对Cr(Ⅵ)的吸附率随投加量的增加而升高,在480 min时,Ti3C2Tx@CS对Cr(Ⅵ)的的吸附达到平衡(平衡吸附量为50.6 mg/g);动力学模型拟合结果表明Ti3C2Tx@CS对Cr(Ⅵ)的吸附属于化学反应过程;热力学实验表明Ti3C2Tx@CS对Cr(Ⅵ)的吸附过程属于单分子层吸附,在温度为25、35、45℃时,最大吸附量分别可达43.1、43.5、44.3 mg/g。Ti3C2Tx@CS对Cr(Ⅵ)的吸附是自发的吸热反应。p H为4时,Ti3C2Tx@CS对Cr(Ⅵ)的吸附量最大。经过5次循环再生后,Ti3C2Tx@CS的吸附量从26.6 mg/g降至2.2 mg/g。(3)Ti3C2Tx@CS对刚果红的去除过程研究。Ti3C2Tx@CS去除刚果红效率极高,在10 min时0.03 g Ti3C2Tx@CS对刚果红的脱色率已经达99.66%。随Ti3C2Tx@CS投加量增加,刚果红的去除呈先上升后下降的趋势,在投加量为30 mg时脱色率达到99.72%。刚果红脱色率随温度升高呈下降趋势。随p H的增大,刚果红脱色率呈现先上升后下降的趋势,较低p H条件下复合材料质子化程度高,电中和作用和吸附架桥作用使刚果红脱色明显,p H大于9时复合材料表面带负电,不利于电中和作用,导致脱色率降低。
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