第11卷第4期 2011年8月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engineering
VoL11 No.4 Aug.2011
纳米多孔二氧化钛空心球的水热法制备及其对Cr(VI)的吸附特性
向炜成"，胡鹏，张星""，姚明水"，徐瑞芬"，衰方利(1.北京化工大学材料科学与工程学院，北京100029；2.中国科学院过程工程研究所，北京100190)
摘要：利用水热法一步合成了TiO2.结构、形貌表征结果显示，所得产物为纯相锐钛矿型多孔空心结构，平均粒径为172nm，以此吸附剂对Cr(VI)的吸附实验结果表明，溶液pH对TiO,吸附性能影响显著，在pH为2.7时，产物最大吸附率为86%，随pH值升高，吸附率逐渐降低。其等温吸附行为很好地符合朗尔单分子层吸附模型，通过计算
现出了极好的重复使用性能.Cr(III)共存对TiO,的Cr(VT)离子吸附能力没有明显影响关键词调：吸附；Cr(VI)：二氧化钛：多孔空心球
中图分类号：TQ424.29 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2011)04067806
面积，在废水处理领域常被用来吸附不同种类的污染物
随着环境保护日益受到重视，有害废弃物的排放标准也逐渐提高．工业废水中存在铅、铬、汞等重金属离子，对环境污染严重，因而对其进行有效处理也越来越受到重视[1,2]广泛存在于印染、电镀等行业废水中的重金属铬主要以Cr(III)和Cr(VT)两种形式存在，其中Cr(VT) 是主要的环境污染物，其毒性是Cr(II)的100倍，对人体有强致癌作用.国家规定Cr(VI)的排放标准仅为0.5 mg/L，属一类污染物，对其进行处理有非常重要的意义。目前含铬废水的处理方法主要有化学还原法、滤膜法、生物法及吸附法等3-6)，其中，吸附法具有工艺简单、成本较低、操作方便等优点，尤适于低浓度含铬废水的深度脱除，已广泛应用于废水处理.在吸附工业废水污染物的过程中，吸附剂的选择尤为重要。一般来讲，实际应用中的吸附剂应具有易生产、吸附能力优良、价格低廉等特性。废水处理所用吸附剂包括粉煤灰、活性炭、沸石、碳纳米管等比表面积较高的材料[7-10，这些材料的吸附能力主要决定于其微观结构，理论及应用性能证实，比表面积大及表面具有较多离子交换点的材科具备较好的吸附能力，
与普通材料相比，纳米材料具有更高的表面积和较多的表面原子，因而显示出较好的吸附特性，纳米TiO2 是近年来发展起来的一种优异的吸附剂，其表面存在大量羟基，进一步提高了其表面活性.水中的重金属离子通过与TiO,表面基之间的静电作用被吸附到TiO2表面，从而实现了对污水的净化(],以纳米TiO2为吸附剂吸附溶液中Pb，Cd，Sn等污染物的研究已有报道12,13] 多孔材料由于表面分布着大量介孔及拥有较高的比表
收稿日期：2011-0601，修回日期：2011-0712
基金项目：国家白然科学募金资助项月(编号：50974111；10905068）
因此，多孔TiO,亦被期望拥有更佳的吸附性能。周新革[14]已证实介孔TiO2对Cr(VI)的吸附性能优于非介孔.TiO：虽然多孔空心TiO,因其高比表面积等特有的优势在光催化、太阳能电池方面得到了深入研究(15,16，但将多孔空心TiO2用于重金属离子吸附还未见报道
合成空心结构材科的方法很多，其中应用最广泛的模板法包括硬模板法和软模板法，二氧化硅17)、聚苯乙烯[18]、胶体碳球(19]等常用作硬模板.硬模板法需通过缎烧或使用HF酸溶解等方法去除硬模板，难免会对产品的结构造成损坏。软模板是指乳胶液滴115]、气泡116]等不用专门去除的模板，但这些方法所制产品分散性差且不甚均匀.此外奥斯特熟化(20]及氟离子诱导自组装[2]等方法也被广泛研究，但这些方法往往需添加有机的结构引导剂材料，提升成本的同时也会在产品中引入杂质，不符合绿色化学的要求，本研究提出了一种简单的制备多孔TiO,空心球的方法，NHHCO,在形成空心过程中起到了关键作用，此外无需使用任何模板及结构引导剂所得产品为锐钛矿型多孔TiO，空心球，具备较高的比表面积.以此产品为吸附剂吸附溶液中的Cr(VI)，重点考察了溶液pH值、Cr(VI)浓度、吸附剂添加量、与Cr(III) 共存对其吸附性能的影响，同时考察了其重复利用能力，各项结果证实产物对Cr(V)有很好的吸附性能，具有很好的应用前景
2实验 2.1材料与试剂
钛酸四丁酯(AR，北京金龙化学试剂有限公司)，乙醇(AR，北京化工厂)，碳酸氢铵(AR，北京化工厂)，重
作者篇介：向炜成(1986-)，男，辽宁省胺山市人，硕士研究生，材料科学与工程专业：衰方利，通讯联系人，Tel:010-82627058E-mail:flyuan@home.ipe.ac.cn