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

摘要

以高粱秸秆为模板,采用溶胶-凝胶法制备了纳米钛酸锶钡多孔吸附剂(SPBST),以X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)进行表征.考察了该多孔吸附剂对水中重金属铅、镉和锌的吸附富集性能,探讨了煅烧温度对吸附剂形貌和吸附性能的影响.并以镉离子为例,系统地研究了吸附热力学和动力学.结果表明,各煅烧温度下合成的多孔材料均由钙钛矿结构的纳米钛酸锶钡组成,晶体粒径均不大于20 nm,多孔吸附剂对水中铅、镉和锌均有较强的吸附能力,吸附性能与材料的煅烧合成温度和介质的pH值以及吸附时间有关.煅烧温度过高,纳米钛酸锶钡晶体团聚严重,吸附能力降低;温度过低,材料松散易碎,不利于重复使用,750℃煅烧6 h合成的材料性能最好.当介质的pH值为5～8时,吸附70 min,对铅、镉和锌的静态吸附容量分别为191.51,19.00和19.97 mg·g-1.其吸附行为符合Freundlich吸附等温模型和HO准二级动力学方程式,吸附过程焓变(ΔH)为35.905 kJ·mol-1,各温度下的自由能变(ΔG)均小于零,熵变(ΔS)均为正值,吸附过程的活化能(Ea)为62.430 kJ·mol-1.该吸附过程是自发的吸热物理过程.被吸附的金属离子均可用1 mol·L-1的硝酸完全洗脱回收.对铅、镉和锌的富集因子均超过200.将其应用于水中痕量铅、镉和锌的吸附富集和原子吸收测定,回收率分别为90.3%～103.4%,91.5%～103.2%和94.35%～101.1%.