一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米材料应用和含重金属废水处理技术领域，具体涉及一种利用纳米 二氧化钛去除废水中汞离子的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 汞是一种常见的重金属污染物，具有高毒、难降解和生物富集的特点，易造成心血 管、肾脏、胃肠、中枢神经系统的损伤。使用汞的行业很多，如采矿、石化、冶金和电气等，这 在很大程度上增大了废水量。常用的去除废水中汞的方法包括化学沉淀法、离子交换法、 膜过滤法、吸附法等；其中，吸附法操作简单、成本低、去除效果好、吸附剂来源多，被广泛应 用。传统处理方法处理含汞废水有一个共同的缺点，即用于处理汞浓度为1~1〇〇mg/L的废 水时操作费用和原材料成本相对较高，难以达到新的排放标准，且存在二次污染问题。我国 2014年7月发布的《锡、锑、汞工业污染物排放标准》规定废水中汞的排放限值在2016年以 前执行0.05mg/L。此外，钒工业、钢铁工业和铅锌工业等工业废水中汞的排放标准都有所提 高。国外对含汞废水的排放和地表水中汞的浓度水平也非常严格。因此，含汞废水的排放 问题是一个全球关注的重要环境问题，对我国这样一个淡水资源缺乏且污水排放相对严重 的国家而言，重金属废水的处理问题显得更为重要和迫切。
[0004] 纳米二氧化钛（Ti02)分为锐钛矿型，金红石型和板钛矿型3种晶型，前两者应用较 多，外观均为白色粉末，尺寸在l〇〇nm以下。与普通块体材料相比，纳米颗粒随粒径的减小， 其表面原子数急剧增加，表面积和表面结合能也随之增大，且表面原子具有不饱和性，因而 具有较强的吸附能力。随着纳米技术在污染物处理方面的研究与发展，利用纳米Ti02的吸 附特性处理含汞废水逐步受到国内外研究者的关注，如纳米孔炭（NC)及乙二胺修饰的NC 材料（NC-EDA)、固载型纳米此02材料等。NC材料对汞离子具有吸附能力，经乙二胺修饰后， 材料的吸附性能显著提高。壳聚糖负载纳米Mn02是去除含汞废水的有效材料，并解决了纳 米此02不易与水分离的难题。
[0005] 由于纳米Ti02具有良好的吸附性、抗光腐蚀性，且性能稳定，毒性小，有利于汞的 安全回收，其吸附方法成为目前处理含汞废水最有发展前景的方法之一。但何种纳米Ti02 材料的吸附效果最好、汞离子被吸附的最佳条件等因素都是本领域尚未解决的难题。
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【发明内容】
[0007] 本发明针对现有技术存在的上述问题提供一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子 的方法。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种利用纳米二氧化钛去除废水中汞离子的方法：将纳米二氧化钛添加到含汞废水 中，调节废水的pH值为3~8，使纳米二氧化钛能够通过吸附作用去除废水中的汞离子；所述 的纳米二氧化钛的粒径为l〇〇nm、5nm和25nm的任一种。
[0009] 其中，纳米二氧化钛的添加量是粒径100nm的纳米二氧化钛2. 0g?L\即每升废 水中2.Og该粒径的纳米二氧化钛(下同）；粒为径5nm的纳米二氧化钛7. 5g?L1或粒径为 25nm的二氧化钛 10.Og?Li。
[0010] 为了进一步提尚吸附率，将粒径为100nm和5nm的纳米二氧化钦可以分等量的两 份，每份连续地加入到废水中，两次间隔15min。
[0011] 通过分析pH值对吸附的影响，当粒径lOOnm的纳米二氧化钛的添加量为2.Og*L1 或粒径5nm的纳米二氧化钛的添加量为7. 5g*L1时，优选地将废水的pH值调节为7~8 ;通 过分析对吸附时间的影响，废水的pH=8,吸附时间不少于5min。
[0012] 本方法最佳处理效果的条件是，粒径为lOOnm的纳米二氧化钛的添加量为 2.Og?L\废水的初始Hg2+浓度为25mg?L\pH=8,吸附时间为lOmin。
[0013] 与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果： 1、通过对模拟含汞废水的吸附实验，检验了三种不同粒径的纳米Ti02的吸附效果，并 成功地确定了不同粒径纳米Ti02的最佳添加量等条件，有利于进一步选择最优吸附材料。 在确定最佳添加量的前提下，选择较优的吸附材料，进一步验证不同因素对吸附汞离子的 影响，并最终确定了本方法去除汞离子的最佳条件。
[0014] 2、本发明提供的方法解决了何种纳米1102材料的吸附效果最好这一问题，也提供 了汞离子被吸附的最佳条件，让使用纳米Ti02材料吸附汞离子在工业生产中应用成为可 能。
[0015] 3、本发明提供的方法中使用的纳米二氧化钛成本较低，也成功地解决了传统吸附 方法中处理汞浓度为1~1〇〇mg/L的废水时操作费用和原材料成本相对较高的问题。
[0016] 4、采用本发明提供的方法处理过的含汞废水能达到国家规定的排放标准，且不存 在二次污染问题。
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【附图说明】
[0018] 图1-A为本发明使用的粒径为5nm的纳米1102的TEM(透射电子显微镜）图； B为本发明使用的粒径为25nm的纳米1102的TEM(透射电子显微镜）图； C为本发明使用的粒径为lOOnm的纳米1102的TEM(透射电子显微镜）图； 图2为本发明使用的三种粒径的纳米1102的XRD(X射线衍射）图； 图3为本发明中三种粒径的纳米Ti02添加量与吸附率的关系曲线图； 图4为本发明中粒径5nm的纳米1102单独吸附、分量吸附与吸附率的关系对比图； 图5为本发明中粒径lOOnm的纳米1102单独吸附、分量吸附与吸附率的关系对比图； 图6为本发明中粒径为5nm和lOOnm的纳米Ti02的吸附率与pH值的关系对比图； 图7为本发明中粒径为5nm和lOOnm的纳米Ti02的吸附率与吸附时间的关系图； 图8为本发明中粒径为5nm和lOOnm的纳米1102的吸附率与初始Hg2+浓度的关系图； 图9为本发明中粒径为5nm和lOOnm的纳米1102的吸附量与初始Hg2+浓度的关系图； 附图中：T1是粒径为5nm的纳米Ti02;T2是粒径为25nm的纳米TiO2;T3是粒径为lOOnm 的纳米Ti02。
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【具体实施方式】
[0020] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0021] 3种锐钛矿相1102粉末：平均粒径分别为5nm、25nm和100nm，纯度均大于99. 8%， 其中前两种颗粒购自杭州万景新纳米科技有限公司，最后一种颗粒购自阿拉丁试剂公司。 采用透射电镜（TEM)进行形貌表征，结果分别如图1-A、B、C所示，三种颗粒的X射线衍射 (XRD)分析颗粒的晶型，其结果如图2所示。
[0022] 根据GB/T602-2002《化学试剂杂质测定用标准溶液的制备》配制模拟含汞废水： 称取1.35g氯化汞，溶于水，移入1000mL容量瓶中，稀释至刻度。其它浓度含汞废水由 1000mg*L-lHgCl2水溶液稀释配制。
[0023] 实施例中纳米二氧化钛的添加量均按废水的体积计，即每升废水中加入的该粒径 的纳米二氧化钛质量，计为g?LS 以pH值和取(：12溶液浓度为参数，采用化学平衡建模软件MINEQL+计算出水相中Hg2+ 即Hg(II)的态势图，利用这个软件计算出的Hg2+配合物的稳定常数值如表1所示： 表1利用MINEQL+计算出的Hg(II)配合物的稳定常数值
(表中的K代表稳定常数） 实施方式中，调节pH值均采用0? 01mol*L1盐酸和0? 01mol*L1氢氧化钠溶液。
[0024] 吸附量及吸附率分别按式（1)和式（2)计算： q={p〇~P)V/m, (1) ^[{P0~Pe)/Po]X100, (2) 式中，q为吸附量mg?gSP。为初始Hg(II)溶液浓度mg?LSPe为Hg(II)的平 衡浓度，mg?LSV为废水体积mL;m为吸附剂质量g;R为吸附率％。
[0025] 一、纳米Ti02 (二氧化钛）颗粒的选取及添加量对吸附率的影响 粒径为 5nm的纳米 1102按添加量 0? 25、0. 5、1. 0、1. 5、2. 0、2. 5、5. 0、7. 5、10. 0 和 12. 5g?L\ 粒径为 25nm的 1102按添