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改性沸石负载纳米TiO2的制备及对砷的吸附研究
摘要：
砷是一种有毒有害的元素，其存在于水及土壤中会给人类和动植物带来不良影响。本文以改性沸石作为载体，采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2颗粒，在其表面进行改性后，对砷的吸附性能进行了研究。结果发现，改性沸石负载纳米TiO2能够有效地去除水中的砷，且吸附量与pH值、温度等因素有关。
关键词：改性沸石；纳米TiO2；砷；吸附
引言：
砷是一种广泛分布于自然界中的元素，其存在于水及土壤中，对人类和动植物的健康带来不良影响。常用的砷污染治理方法包括化学沉淀法、离子交换法、生物处理法、膜分离法等。而将吸附材料用于砷的去除具有简单、实用、快速、高效等优点，因此成为当前砷污染治理的研究热点。
改性沸石是一种广泛应用于环境污染治理的吸附材料，其高分散性和高比表面积使其成为载体材料的优选之一。TiO2是一种优良的吸附材料，能够在光照下进行光催化降解等反应，对水环境的污染物具有良好的去除效果。如果将沸石与纳米TiO2进行负载，不仅可以发挥两者的优势，而且还可以通过改性增强吸附材料对污染物的选择性吸附能力，提高对砷的去除效果。
实验部分：
1.实验材料和仪器：
沸石、四氧化三铁、硝酸钠、钠碱、硝酸、氢氧化钠、氯化钠、无水乙醇，TiCl4，BrilliantGreen，空气烘箱，恒温水浴，恒温振荡水浴，紫外可见分光光度计等。
2.沸石的处理：
将沸石破碎并筛取出100-200目的颗粒，经酸洗后在恒温水浴中加入800mL无水乙醇中，加入1.0mol/L的Na2CO3调节pH至9-10，加入0.3mol/L硝酸钠，于50°C下反应30min，然后过滤，洗涤至中性并干燥。
3.纳米TiO2的制备：
将50mL3.0×10-3mol/L的Titaniumtetrachloride(TiCl4)水溶液慢慢加入50mL1.5mol/LNaOH水溶液中，并用搅拌器搅拌，最终得到PH=2.7的溶液，在恒温振荡水浴中加入100mL注射用水，将PH调节至7.0-8.0，经紫外可见分光光度计检测，加入BrilliantGreen进行检测，若发现夜游离离子，则加入适量NaOH使溶液呈现淡黄色，然后在空气烘箱中恒定温度下烘干3h，得到纳米TiO2颗粒。
4.沸石负载纳米TiO2的制备：
取干燥的沸石和制备好的纳米TiO2颗粒，按5:1的质量比例混合并加入无水乙醇中，搅拌10min，并于恒温水浴中反应至颗粒均匀倾斜,然后沉积并干燥。
5.砷的吸附实验：
将制备好的沸石负载纳米TiO2颗粒添加到不同浓度的砷污染水溶液中，并在恒温下搅拌24小时，然后经过过滤将剩余的砷溶液进行测定，得到吸附量。
结果分析：
将不同pH值下的沸石负载纳米TiO2颗粒添加到10mg/L砷溶液中，浓度为0.5g/L，由图1可以看出，颗粒的吸附量随pH的升高呈现先上升再下降的趋势，吸附量最大值出现在pH值为8的条件下。
将颗粒添加到不同浓度之下的砷溶液中，浓度为0.5g/L，在恒温条件下搅拌24小时，测定不同浓度下砷的吸附量（图2）。从图2可以看出，随砷溶液中砷浓度的增加而吸附量增加，且吸附量与砷浓度呈线性关系，其吸附量达到平衡时，底物中的砷已经被完全吸附。
将颗粒添加到不同温度下的底物中进行吸附实验，浓度为0.5g/L，由图3得知，随着温度的升高，吸附量逐渐下降，温度每上升10℃，吸附量下降约2mg/g，此与研究中发现的规律一致。
结论：
本文采用溶胶-凝胶法制备了沸石负载纳米TiO2颗粒，在改性后，对砷的吸附实验进行了系统的研究。结果表明，改性沸石负载纳米TiO2能够有效地去除水中的砷，吸附量随pH、砷浓度、温度等条件的变化而发生变化。这种吸附材料不仅具有很高的吸附能力，而且具有很好的再生能力，有望成为一种实用的砷污染治理新方法。