基本信息
- 项目名称：
- 以糠醛渣为模板剂制备多孔片状纳米钛酸锶钡及其对水中镉的吸附性能
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文利用糠醛渣为模板剂，以钛酸四丁酯、硝酸锶、硝酸钡等为前躯体原料，用溶胶—凝胶法制备了钛酸锶钡溶胶，将其与糠醛渣混合、烘干，再经高温煅烧后制得新型吸附材料(KBST)，并分别用SEM、XRD进行了表征。以糠醛渣做模板剂制备的纳米钛酸锶钡，不仅保留了钛酸锶钡对镉较好的吸附性能，而且回收再利用方便，性能稳定，合成成本较低，对水中镉离子的吸附净化有良好的应用前景。
- 详细介绍：
- 本文利用糠醛渣为模板剂制得新型吸附材料(KBST)，与其它模板剂相比，以糠醛渣为模板剂，属废物利用，材料廉价易得，即保护了环境又降低了成本,而且保持了纳米钛酸锶钡粉体对水中镉很强的吸附能力。本文研究了KBST对水中隔离子的吸附性能。同时，pH值、振荡时间、初始浓度等因素对吸附镉离子有一定影响，合适的取值可达到更好的吸附效果。在pH值为5，振荡时间为30min，镉的初始浓度为22mg/L时，吸附量可达到14.635mg/g。另外，还对该多孔钛酸锶钡吸附剂对重金属镉的吸附动力学和热力学机理进行了探讨，结果表明：KBST吸附隔离子的吸附行为符合Langmuir吸附等温模型和HO准二级动力学方程式。吸附过程的焓变△H>0，且△H<40kJ/mol，表明该过程为吸热过程，且该过程无新的化学键作用，以物理吸附为主；各温度下自由能变△G均小于零，表明KBST吸附水中的镉离子是自发过程，且温度越高，自发程度越大；△S均为正值，这是由于“溶剂置换作用”，导致表现为熵的增加，说明该吸附过程为熵驱动。以糠醛渣做模板剂制备的纳米钛酸锶钡，不仅保留了钛酸锶钡对镉较好的吸附性能，而且回收再利用方便，性能稳定，合成成本较低，对水中镉离子的吸附净化有良好的应用前景。
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撰写目的和基本思路
- 当今环境、资源问题日益严峻，废物利用越来越引起人们的关注。糠醛渣作为一种工业废物，目前，除了作为燃料和制作活性炭外对其还无其他利用途径。由于其特殊的结构形态，将其预处理后，可用来做模板。纳米钛酸锶钡粉体是一种新型的吸附材料，具有很强的吸附能力。但是它在水中不易沉降，易流失，回收困难。利用糠醛渣作为模板，合成多孔片状钛酸锶钡吸附剂。不仅克服了纳米粉体不易沉淀等缺点，而且为糠醛渣的利用提供了新的途径。
科学性、先进性及独特之处
- 1、首次利用糠醛渣作为模板剂，制备多孔片状纳米钛酸锶钡，用于水中镉的吸附。此材料保持了纳米钛酸锶钡粉体对水中镉很强的吸附能力，同时也克服了单纯使用纳米钛酸锶钡粉体不易在水中沉降，回收再利用困难等缺点 2、糠醛渣是固体废弃物，处理不当会对环境造成污染。将其做模板剂属废物利用，不仅可解决环境污染的问题，而且还可产生一定的经济效益 3、该方法具有成本低、原料来源广、操作简单、吸附能力强等优点
应用价值和现实意义
- 1、此材料对水中的镉有很强的吸附能力，可用于含镉废水的处理。而且操作过程简单，方便实用。 2、此作品所选模板属废物利用，起到了间接保护环境的作用。 3、用该作品吸附水中的镉回收再利用方便，性能稳定，合成成本较低，对水中镉离子的吸附净化有重要的应用前景。
学术论文摘要
- 本文利用糠醛渣为模板剂，以钛酸四丁酯、硝酸锶、硝酸钡等为前躯体原料，制得了新型吸附材料——片状多孔纳米钛酸锶钡，并分别用SEM、XRD进行了表征。与其它模板剂相比，以糠醛渣为模板剂，属废物利用，材料廉价易得，即保护了环境又降低了成本，而且保持了纳米钛酸锶钡粉体对水中镉很强的吸附能力。本文研究了该吸附材料对水中镉离子的吸附性能。考察了pH值、振荡时间、初始浓度等因素对吸附的影响。结果表明，在pH值为5，振荡时间为30min，镉的初始浓度为22mg/L时，吸附量可达到14.635mg/g。另外，还对该多孔钛酸锶钡吸附剂对重金属镉的吸附动力学和热力学机理进行了系统的探讨。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]张东, 王敏,谭玉玲.基于秸秆模板法制备多孔纳米钛酸锶钡及其对重金属的吸附性能[J]. 化学学报.2010,16,015 [2]张东，苏会东，高虹.钛酸锶钡纳米粉体的制备及其对铬的吸附性能[J].冶金分析.2007,27(4):7-10
同类课题研究水平概述
- 由于镉的毒性大、并且可在人体内富集，镉污染已引起人们的普遍重视。如何能够有效的去除水中的镉已成为国内外众多学者的研究方向。目前，水中镉的处理方法包括氢氧化物或硫化物沉淀法、吸附法、离子交换法、氧化还原法、铁氧体法、膜分离法等。因为吸附法操作简单、工艺成熟、投资省、吸附剂来源广，所以用吸附法处理含镉废水越来越受到人们的关注。吸附法中常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛，纳米材料等。但部分吸附剂由于其制备成本较高，且使用次数有限，从而限制了它的广泛应用，如硅胶。近几年，纳米技术发展迅速，部分纳米材料已成功应用于吸附领域且吸附效果显著。但是，由于纳米吸附材料颗粒细微，存在着不易在水中沉降，回收再利用困难等缺点，限制了其在实际中的应用。将纳米材料制成多孔块体，是克服上述缺点的有效方法，目前常用的制备方法有反相悬浮聚合溶胶-凝胶法和溶胶凝胶模板法等。近年来，模板法在制备纳米结构材料中的研究引起了人们广泛的关注。模板法的优势在于利用模板的空间限域作用和调控作用可对合成材料的大小、形貌、结构、排布方式等进行控制，而且也可根据合成材料的大小和形貌预先设计模板。目前，常用的模板包括多孔阳极氧化铝模板、中孔材料模板、碳纳米管、生物模板、聚集体模板与经过特殊处理的多孔物质等。但有些模板材料价格较高，虽可用来做模板，却会提高目的产物的成本。 所以以来源广泛、成本低的生物模板及经过特殊处理的多孔物质做模板，引起了众多学者的兴趣。 本文以糠醛渣为模板剂，利用溶胶—凝胶法，制备了片状多孔纳米钛酸锶钡。利用了纳米钛酸锶钡对重金属离子强的吸附性能，避免了纳米粉体吸附剂不易在水中沉降，回收再利用困难等缺点；而且使废物糠醛渣得到了利用。此方法制备的片状多孔纳米钛酸锶钡回收再利用方便，性能稳定，合成成本较低，对水中镉离子的吸附净化有重要的应用前景。
