碱热-酸热法合成二氧化钛-钛酸纳米管复合纳米材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的同步去除

以P25型TiO2为原料,经碱热和酸热反应合成了TiO2/TNTs复合纳米材料,该材料皆具钛酸纳米管(TNTs)和TiO2晶相. Cd(Ⅱ)在TiO2/TNTs上的吸附动力学过程很快,30 min即可达到吸附平衡,此外,Langmuir等温模型拟合所得最大吸附量达120.34 mg ·g-1,其主要吸附机制为Cd2+与复合材料中TNTs层间Na+/H+的离子交换. TiO2/TNTs对苯酚的吸附量较低(0.36 mg ·g-1),因此光催化反应以实现苯酚的降解是必需的. 构建的吸附-光催化系统可实现Cd(Ⅱ)和苯酚的同步有效去除,180 min时二者的去除率分别可达到99.6%和99.7%. Cd(Ⅱ)的去除源于暗室下复合材料中TNTs相的吸附,而苯酚的去除在于后续复合材料中TiO2相的光催化. Cd(Ⅱ)的共存可提高苯酚的光催化降解效率,原因在于Cd(Ⅱ)吸附进入材料层间后有助于材料光催化性能的提升. 共存Na+对Cd(Ⅱ) 和苯酚在TiO2/TNTs上的同步去除影响极小; 而共存Ca2+由于竞争吸附和促进材料团聚的原因,会轻微抑制Cd(Ⅱ)在TiO2/TNTs上的吸附,但对苯酚的光催化降解影响较小. 此外,TiO2/TNTs可有效循环利用,经HNO3解吸和NaOH再生后,3次循环后材料对Cd(Ⅱ)和苯酚的去除率依然可达91.7%和98.1%. 该研究提供了一种合成皆具吸附和光催化性能的钛系材料的方法,对于应用纳米材料实现水体环境中重金属和有机物的同时去除具有一定的借鉴意义