闪速氢化制备纳米TiO2-x及其对砷离子吸附特性的研究

基本信息
批准号:51674129
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:徐宝强
学科分类:
依托单位:昆明理工大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:吴鉴,王宇栋,邓勇,宋冰宜,杨国波,雷现军,郭许涛
关键词:
纳米颗粒气固反应冶金化工砷吸附界面反应
结项摘要

Arsenic pollution has seriously threatened the eco-safety. Developing nanomaterials with high efficient arsenic adsorption has been a cutting-edge task and nano titanium dioxde of them has been the one of most potential materials. However, how to improve its catalysis oxidation and adsorption abilities for As (III) is one of key scientific points for the new TiO2-base absorbents. Preparation of nano TiO2-x by flash hydrogenation of nano TiO2/H2TiO3, to increase disorder degree on surface, visible light adsorption ability and improve its catalysis oxidation ability and adsorption capacity of TiO2-based adsorbent for its application on arsenic adsorption in water, are proposed in this project. The main research work includes the influences on physical and chemical properties of nano TiO2-x sample of different factors in flash hydrogenation process, oxygen removal kinetics of different precursors, Asn+ oxidation and adsorption performance, Asn+ adsorption kinetics, desorption and recycling performance of nano TiO2-x. The two scientific problems would be solved, one is the controlling mechanism to synthesis different nonstoichiometric TiO2-x and another is the establishment of arsenic adsorption kinetic model of TiO2-x. With completing the above research, some kinetic models, concerned about hydrogenation and oxygen removal, of different precursors would be set up and Asn+ oxidation and adsorption properties of nano TiO2-x would be discovered. Consequently, the flash hydrogenation process of nano TiO2/H2TiO3 to prepare nano TiO2-x will be developed which will be significantly helpful to the exploration of new arsenic adsorbents.

砷污染已严重威胁生态安全,开发高效的砷吸附材料是国际研究的前沿课题,纳米二氧化钛已成为最具潜力的砷吸附新型材料之一。但如何增强TiO2对水体中As(III)的氧化能力,成为亟待解决的科学问题。项目提出闪速氢化还原处理纳米TiO2/H2TiO3制备纳米TiO2-x,使其表面结构无序度增加、可见光吸收能力增强,提高其催化氧化和吸附能力,从而应用于Asn+的氧化和吸附。重点研究多种因素对TiO2-x样品理化性质的影响,前驱体的失氧动力学,TiO2-x对Asn+氧化、吸附性能和动力学以及纳米TiO2-x对Asn+的脱附和循环吸附性能。解决闪速制备TiO2-x相的调控机制和TiO2-x对Asn+的吸附动力学模型两大科学问题;建立相应前驱体脱氧过程的动力学模型,揭示TiO2-x对Asn+的氧化、吸附特性,形成闪速氢化钛(氢)氧化物制备纳米TiO2-x的新方法,为新型砷吸附剂的开发提供重要参考。

项目摘要

随着含砷矿产资源的开发与利用,水体砷污染已对生态安全构成重大威胁。开发高效砷吸附材料是国际研究的前沿课题,纳米二氧化钛已成为最具潜力的砷吸附材料之一。如何增强TiO2对水体中As(III)的氧化吸附能力是提升钛氧化物砷吸附材料性能的科学关键。项目提出闪速氢化制备纳米TiO2-x材料的新思路,自行研制了闪速氢化还原装置。重点研究了不同前驱体及其物相、气氛、温度、停留时间等参数对还原产物颜色、粒径、物相、形貌以及光吸收特性等的影响规律;考察了典型样品的砷离子吸附性能,重点研究了可见光、水样pH值、纳米TiO2-x添加量、初始Asn+浓度、温度等不同条件下对Asn+的氧化、吸附行为的影响规律。结果表明:以偏钛酸作为前驱体,当氢化处理温度在600~1200 ℃时,物相为TiO2,当处理温度达1500 ℃时,物相转变变为Magnéli phase相亚氧化钛(TinO2n-1);以P25作为前驱体,经闪速氢化处理后可形成核壳结构的Magnéli phase相亚氧化钛材料;以比表面积为260 m2/g的纳米TiO2为前驱体,闪速氢化处理后获得了比表面积为220.27 m2/g的纳米TiO2-x粒子。纳米TiO2-x粒子上发现的氧空位浓度最高为41.4%,最低为26.8%。TiO2-x纳米粒子具有快速氧化和吸附As3+离子的能力,以偏钛酸为前驱体制备的TiO2-x纳米粒子在180 min内就能达到平衡,其吸附容量为13.2 mg/g,对As(III)和As(Ⅴ)离子的吸附都符合拟二阶动力学模型;以大比表面积TiO2为前驱体闪速制备的TiO2-x纳米粒子,10min内砷吸附即可达到平衡,比现有报道快150倍,As(III)吸附容量可达31.6 mg/g,对As(III)-无光系统的吸附符合Freundlich模型;对As(III)-有光系统和As(Ⅴ)的吸附符合Langmuir模型。项目研究形成了闪速氢化处理钛氢(氧)化物制备纳米TiO2-x的新方法;揭示了TiO2-x纳米颗粒对Asn+的氧化、吸附特性,建立了TiO2-x光催化氧化吸附Asn+的动力学模型,为新型高效的砷吸附剂提供重要的参考。项目执行过程中发表论文8篇,申请和授权4件,支撑培养了国家级、省级高端人才4人次,晋升职称2人,参加国内外学术交流14人次。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
3

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018
4

气载放射性碘采样测量方法研究进展

气载放射性碘采样测量方法研究进展

DOI:
发表时间:2020
5

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.04.015
发表时间:2019

徐宝强的其他基金

批准号:60071028
批准年份:2000
资助金额:10.00
项目类别:面上项目
批准号:60451001
批准年份:2004
资助金额:30.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51004058
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51464023
批准年份:2014
资助金额:49.00
项目类别:地区科学基金项目

相似国自然基金

1

铜闪速熔炼过程砷自固化机制及无害化砷硅酸盐渣系重构研究

批准号:51874257
批准年份:2018
负责人:郑国渠
学科分类:E0412
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
2

闪速加热条件下生物质热挥发特性的研究

批准号:50376031
批准年份:2003
负责人:易维明
学科分类:E0607
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
3

微波强化喷雾闪速热解制备ITO粉体基础研究

批准号:51264015
批准年份:2012
负责人:郭胜惠
学科分类:E0414
资助金额:48.00
项目类别:地区科学基金项目
4

离子液体负载型吸附剂制备及除砷机理研究

批准号:20977113
批准年份:2009
负责人:彭长宏
学科分类:B0603
资助金额:35.00
项目类别:面上项目