南 阳 理 工 学 院

本科生毕业论文

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完成日期 201x 年 x 月

南阳理工学院本科生毕业论文

二氧化钛对铜离子的吸附

Titanium Dioxide Adsorption of Copper Ions

总 计：22页

表 格：10 个

插 图：6 幅

南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 论 文

二氧化钛对铜离子的吸附

Titanium Dioxide Adsorption of Copper Ions

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评 阅 教 师：

完 成 日 期：

南阳理工学院

Nanyang Institute of Technology

二氧化钛对铜离子的吸附

专业 姓名

[摘 要] 本文采用二氧化钛作为吸附剂，研究二氧化钛吸附土壤中重金属铜离子的影响因素，本实验采用模拟实验的方法，考察了二氧化钛用量、溶液初始pH值、吸附温度、吸附时间、以及溶液初始浓度等因素对所配置溶液中铜离子吸附性能的影响。通过实验得出了以二氧化钛作为吸附剂的适宜操作条件，分析了二氧化钛吸附剂对铜离子的吸附性能，初步探讨了二氧化钛吸附剂的吸附机理。由实验结果表明，以二氧化钛作为吸附剂对铜离子的吸附的最佳实验条件为：二氧化钛用量为5g，溶液初始pH值为4，吸附温度为30℃，吸附时间为40min，溶液的初始浓度3g/L。在此最佳实验条件下吸附率达到最大。通过对热力学以及动力学的研究表明，该吸附过程符合Freundlich等温式，且与准二级动力学方程吻合。

[关键词] 二氧化钛；铜离子；吸附

Titanium Dioxide Adsorption of Copper Ions

major name

Abstract: The effect factors of titanium dioxide adsorption of heavy metal copper in soil were studied,and the titanium dioxide was adopted as adsorbent. The method of simulation experiment was used in experiment.What was investigated in experiment were: TiO2 dosage, initial pH value of solution, adsorption temperature, adsorption time, initial concentration of solution and other factors which effects the adsorbability of the configuration of copper ions in solution. Obtained through the experiment with the suitable operating conditions of titanium dioxide as adsorbent, and analysised of the titanium dioxide adsorbent adsorption of copper ions, preliminaryly discussed the adsorption mechanism of titanium dioxide adsorbent. The best experimental conditions for the adsorption of copper ions with titanium dioxide as adsorbent by the experiment were: titanium dioxide total of 5g,solution of the initial pH of 4,the adsorption temperature is 30℃,the adsorption time is 40min,the initial solution concentration is 3g/L.Under the optimum experiment conditions reached the maximum adsorption rate. Through the study of thermodynamics and kinetics,the adsorption process accord with Freundlish isotherm,and in accordance with the quasi secondary dynamics equation.

Key words: titanium dioxide；copper ion；adsorption

目 录

第一章 绪论 1

1.1 二氧化钛及其特性 1

1.2 二氧化钛在环境领域中的应用 1

1.2.1 在水体污染治理方面 2

1.2.2 在大气污染的治理方面 2

1.2.3 城市固体垃圾处理方面 2

1.2.4 土壤污染治理 2

1.2.5 用作光催化消毒剂 3

1.2.6 在照明工程方面的应用 3

1.2.7 作自清洁涂料 3

1.3 二氧化钛的应用前景展望 3

1.4 环境中铜的危害及污染的主要来源 4

1.4.1 铜的危害 4

1.4.2 铜污染的主要来源 4

1.4.2.1 对大气的污染 4

1.4.2.2 对水体的污染 5

1.4.2.3 对土壤的污染 5

1.5 国内外利用二氧化钛治理污染物的研究进展 5

1.6 本论文研究的主要内容、目的及意义 5

第二章 实验部分 7

2.1 主要实验仪器 7

2.2 实验材料 7

2.3 实验方法及步骤 7

2.3.1 标准曲线的测定 7

2.3.2 二氧化钛对铜离子吸附反应的测定及计算方法 8

2.3.3 探究纳米二氧化钛对铜离子吸附的影响因素 8

2.3.4 铜离子的等温吸附曲线及热力学参数 9

2.3.4.1 等温吸附曲线 9

2.3.4.2 热力学参数 9

2.3.5吸附动力学参数 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 二氧化钛的用量 10

3.2 初始pH值 11

3.3 吸附温度 12

3.4 吸附时间 12

3.5 溶液的初始浓度 13

3.6 吸附热力学 14

3.7 吸附动力学 15

第四章 结论 17

参考文献 18

致谢 20

第一章 绪论

1.1 二氧化钛及其特性

二氧化钛，又称钛白，无臭，无味，是一种白色粉末。它的化学式为Ti02，分子量为79.9。二氧化钛是应用最广泛的白色素之一，如在食品、化妆品、油漆、橡胶、涂料、塑料、纸张、墨水和纤维等行业中都有广泛的的应用。一般来说，市场上的大多数二氧化钛是从锐钛矿或者金红石中提炼出来的。锐钛矿中的二氧化钛是一种白色粉末，然而金红石中的二氧化钛是灰白色甚至略带颜色的，这取决于影响其反光率的物质结构[12]。

二氧化钛化学性质稳定、无毒、难溶、价格低廉，是一种较为理想的半导体材料，是钛的+4价化合物，白色固体或者粉末状的两性氧化物，是最好的白色颜料，俗称钛白。由于其成本低、稳定性好、对人体无毒性以及强的光催化特性而被广泛应用到水污染的处理、TiO2膜催化、光催化剂以及其它化工原料等。市场上的二氧化钛通常是一种白色粉末，不溶于水、盐酸、硝酸、稀硫酸和有机溶剂，但二氧化钛能缓慢的溶解于氢氟酸和浓硫酸，它几乎不溶于碱性溶液。有资料表明，二氧化钛表面覆盖的少量氧化铝和二氧化硅或许能改善它的技术性能，这些保护层或许能阻止二氧化钛晶体的高活性表面与分散性颜料中的一些物质发生反应，它们能改善二氧化钛在产品应用中的分散性。

二氧化钛的熔点为1830-1850℃，沸点2500-3000℃，属于热稳定性好的物质。同时，二氧化钛的介电常数也较高，因此具有优良的电学性能。二氧化钛有亲水性，但吸湿性不太强，它的吸湿性与其表面积的大小有一定关系。自然界中的二氧化钛以三种晶体形式存在，其中两种由锐钛矿和金红石中提炼，为四方晶体；另一种由板钛矿中提炼，为正交晶体。虽然这三种物质中都含有高浓度的二氧化钛，但是也并不都表现出白色，因为有杂质的存在(比如铁、镉等)，使得这三种物质变得模糊发暗。

二氧化钛的相对密度最小，二氧化钛的表面积较大。正是由于其比表面积大，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其它原子相结合而趋于稳定，具有很大的化学活性，因此对金属离子具有很强的吸附能力和较大的吸附容量，并且在较短的时间内就可以达到吸附平衡。同时，由于其有较大的吸附容量，因此是一种较为理想的吸附材料。

1.2 二氧化钛在环境领域中的应用

随着对二氧化钛研究的深入及其技术应用化进程的发展，利用二氧化钛有助于拓展人类保护环境的能力，为彻底改善环境污染和从源头上控制污染源提供了可靠的条件。二氧化钛在环境保护和环境治理的应用发展，将会有利于许多环保难题如大气污染、污水处理、城市垃圾等问题的解决。

本实验所使用的二氧化钛主要用于对废水、大气和土壤中的有机污染物、重金属、氮氧化物等有害物质进行催化氧化和还原，利用二氧化钛不仅可以净化水体和空气，而且还能使微生物、细菌分解，起到灭菌、除臭、防污、自洁的作用。

1.2.1 在水体污染治理方面

被污染的水体中一般含有悬浮物、有异味的污染物、有毒有害的物质、细菌以及病毒等，近年来发现利用二氧化钛可以克服传统水处理方法中存在的效率低、成本高、存在二次污染等问题，用此方法处理水体污染已经进入实用化阶段，并且日趋成熟。

污水中通常含有有毒有害物质、悬浮物、泥沙、铁锈、异味污染物、细菌、病毒，如污水处理就是从水中去除这些污染物质，对污水进行处理并使之净化的过程。以前的污水处理一直不能得到很好的解决是由于传统的污水处理方法效率低、成本高、存在二次污染等问题，目前应用二氧化钛处理工业废水可以改善厂区周围的饮用水和表层水的质量，完全催化降解工业废水中有害物质。在石油的开采运输和使用过程中，有相当数量的石油类物质被废弃在地面、江湖和海洋水面，利用二氧化钛可降解石油，消除这些石油的污染。

1.2.2 在大气污染的治理方面

环境有害气体包括室内有害气体和空气污染气体。室内的有害气体主要包括：装饰材料释放的甲醛和生活环境中的甲硫醇、硫化氢和氨等。二氧化钛的光催化作用可以将吸附在表面上的这些物质氧化分解，从而降低空气中这些物质的浓度，因此，达到净化室内空气的作用。大气污染气体主要指由于汽车尾气和工业废气等带来的氮氧化物和硫氧化物等，为了降低大气的污染，利用二氧化钛的光催化作用将这些气体氧化为硝酸和硫酸，在降雨过程中除去这些污染物，从而降低空气中这些物质的浓度[13]。

1.2.3 城市固体垃圾处理方面

对城市固体垃圾的处理主要表现在两个方面，一方面，可以将橡胶和塑料制品以及废印刷电路板等制成超微粉末，以除去其中的异物，而且可以成为再生原料回收；另一方面，为了缓解越来越多的生活垃圾给城市环境带来的破坏，避免因焚烧处理而带来的二次环境污染问题，可以应用二氧化钛加速这些垃圾的降解[14]。

1.2.4 土壤污染治理

土污染大致可分为无机污染物和有机污染物两大类，当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，土壤中微生物的活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过“土壤→植物→人体”或通过“土壤→水→人体” 间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就是土壤污染。有研究表明，二氧化钛在土壤中污染物治理方面应用极为广泛。

1.2.5 用作光催化消毒剂

二氧化钛应用的一个重要方面就是光催化杀菌。一般的杀菌剂(如银、铜等)虽然能使细胞失去活性，但是细菌被杀死后，可释放出致热和有毒的组分。而二氧化钛光催化剂不仅可以减少细菌的活力，而且能攻击细菌和外层细胞，通过细胞膜，破坏细菌的细胞膜结构，从而彻底地杀灭细菌。有实验结果表明，安放二氧化钛光催化剂以后，空气中浮游细菌的数量可以减少90％左右。因此，利用二氧化钛的光催化作用杀菌也可以达到净化空气的目的，例如在厕所内的陶瓷洁具表面上附着一层二氧化钛光催化剂，可大大减少氨气的浓度并且起到杀菌的作用[15]。

1.2.6 在照明工程方面的应用

目前，节能和环保是当前国际上照明工程方面的热门研究课题，我国四分之三的电力是由火力发电厂的煤炭燃烧提供，而燃烧所排放出来的二氧化碳、二氧化硫、烟尘悬浮物等会引起温室效应、酸雨和环境污染。在照明工程中，最理想的节电措施是充分利用太阳光来照明，因此利用二氧化钛的光致发光特性是一种有利而且可行的方法，在白昼天吸收太阳光并存储起来，到晚上就可以直接把光用到需要的地方[16]。

1.2.7 作自清洁涂料

二氧化钛由于其表面具有超亲水性和超亲油性，因此其表面具有自清洁效应。在汽车挡风玻璃、后视镜表面镀上二氧化钛薄膜，可防止镜面结雾。实验表明，镀有二氧化钛薄膜的表面显示出高度的自清洁效应，污染物不易在其表面附着，能附着的少量污物在外部风力、水淋冲力、自重等作用下，也会自动从二氧化钛表面剥离下来。因此，利用二氧化钛表面具有超亲水性和超亲油性的特性，在玻璃表面涂覆二氧化钛可以制成自清洁外墙玻璃，具有防污、防雾、易洗、易于自清洁等功能，这一技术将广泛应用于汽车表面涂层、建筑物玻璃外墙等[17]。

1.3 二氧化钛的应用前景展望

二氧化钛是一种新型的、实用的光催化材料和环境净化材料，但作为实用技术使之工业化还需更进一步的研究，目前利用二氧化钛处理污染物的研究国内外大多尚处于实验室研究阶段。研究主要涉及光催化氧化和动力学机理研究，太阳能的利用、二氧化钛固着、修饰及吸附等方面的研究等。随着科学技术的发展，可以预见，利用二氧化钛吸附重金属离子这项技术具有诱人的应用前景。而且，以二氧化钛为代表的半导体光催化技术在常温下利用光能氧化分解有机污染物，是具有广阔应用前景的治理环境污染的新技术。

二氧化钛具有稳定性好、无毒、超亲水特性、光催化效率高和不产生二次污染等特点，有着广阔的应用前景。尽管对二氧化钛的研究已经取得了很大的进步,但仍存在一些问题需要进一步解决，有些是在实验室阶段, 没有产业化, 但这些都是在实现此项技术工业化的基础上。可以相信, 利用二氧化钛技术在环保领域将产生深远的影响,使用二氧化钛来解决环境问题是不可避免的发展趋势。二氧化钛的应用可谓涉及到各个领域，因此其将以其优异的性能在科学领域大放异彩。

由于二氧化钛的光催化特性使其在环保方面的应用显示了广阔的前景，目前，二氧化钛光催化氧化性能的研究及其实用性开发已成为当前各国研究者密切关注的热点[18]。随着人们对纳二氧化钛的深入研究，其吸附性能必将进一步提高，二氧化钛在环境污染的治理、紫外线的屏蔽、抗菌材料、半导体材料等诸多领域将会得到更加广泛的实质性应用。

总之，二氧化钛因其广阔的应用前景拥有着巨大的市场需求。尽管在我国二氧化钛的市场刚刚形成，但是随着对二氧化钛研究的不断深入，市场的不断规范和发展，二氧化钛必将带来巨大的经济和社会效益。

1.4 环境中铜的危害及污染的主要来源

1.4.1 铜的危害

重金属一般是指相对密度在5以上，原子序数在24以上的金属，主要包括毒性强的铅、铜、铬、镉等重金属和有一定毒性的锌、锰、钴、钼、镍等重金属[19]。本实验以铜离子作为主要污染物阳离子的代表，研究以二氧化钛作为吸附剂对铜离子的吸附机理。

铜是常见的重金属元素之一，它可以通过大气、水、土壤造成环境严重污染，也可以经过人体呼吸系统、消化系统和皮肤等途径进入人体，在人体内富集、累积，如果最终超出人体的承受范围，就会导致铜中毒，引发各种疾病，严重的威胁人们的身体健康。金属对重环境的污染具有长期存留、易积累的特征，是环境污染中最为重要的因素之一。因此，随着全球经济和社会的快速发展，重金属污染问题愈加严重，如何有效、快速地去除重金属污染已成为人们日益关注的问题。

铜是生命所必需的微量元素，但如果铜过量，就会对人和动、植物都有害。过量的铜会积累在植物体内,并可以通过食物链进入生物内并富集，严重影响这些生物的健康。有研究表明，人体内铜含量过高则出现中毒症状，会引起呕吐、痉挛、抽搐，甚至死亡等中毒症状。

1.4.2 铜污染的主要来源

环境中的铜污染主要是指铜及其化合物造成的污染，主要来源是铜锌矿的开采和冶炼、金属加工、机械制造、钢铁生产等。

1.4.2.1 对大气的污染

冶炼过程中，铜及其化合物的烟尘随烟道气进入大气，造成大气污染。1969 年，美国统计各种工业向大气排放的铜为13680 吨，其中铜矿石冶炼排出的约64%，钢铁生产排出的约占20%。

1.4.2.2 对水体的污染

在冶炼、金属加工、机器制造、有机合成及其他工业的废水中都含有铜，其中以金属加工、电镀工厂所排废水含铜量最高，每升废水含铜几十至几百毫克。水中铜含量达0.01 毫克/升时，对水体自净有明显的抑制作用，超过3.0 毫克/升会产生异味，超过15 毫克/升就无法饮用。铜在天然水体中以多种形式存在，其中普遍认为自由态铜离子是其对水生生物致毒的主要离子形式。当生物体内铜离子积累到一定数量后，就会影响这些生物的健康，主要表现为生理受阻、发育停滞，严重时甚至死亡，使得整个水生生态系统结构、功能受到损坏乃至崩溃[20]。

1.4.2.3 对土壤的污染

土壤中铜污染源有自然源和人为源，土壤中本体铜主要来自于原生矿物的各种风化作用，原生矿物的风化将铜带入土壤圈，而土壤圈的物理化学性质可使铜在不同土壤及同一土壤的不同层次上重新分配。土壤中铜的自然富集或自然矿化可使局部地区土壤中的铜过量。土壤中铜污染的人为源则主要包括：含铜矿产的开采，工业中“三废”的排放，城市生活垃圾及污水污泥农用，含铜农药化肥的施用等。铜污染的生态效应包括铜对植物、动物和微生物的毒害作用[21]。

1.5 国内外利用二氧化钛治理污染物的研究进展

二氧化钛被广泛用于光催化降解水体中的染料，如偶氮和甲基蓝等；Rajeshwar 等[22]利用二氧化钛光催化降解重金属铬；Hig- -arashi 等[23]利用二氧化钛降解除草剂敌草隆；Gao 等[24]用水相二氧化钛纳米管光催化降解五氯酚；为了提高二氧化钛催化效率，人们研究将二氧化钛与金属复合提高其催化效率。此外，马廷丽等[25]综述了可见光活性二氧化钛降解有机污染物的研究进展和最新动态，并利用氮掺杂二氧化钛光催化降解室内污染物甲醛气体。二氧化钛用于修复污染的土壤和地下水环境的前景十分广阔，而且此方法正在迅猛发展。

总之，利用二氧化钛治理污染物技术的迅速发展对人类的生产和生活带来了巨大的变化。

1.6 本论文研究的主要内容、目的及意义

本文主要介绍了二氧化钛的性质及其在环境领域中的应用和土壤中重金属离子的污染问题，发现利用二氧化钛对铜离子进行吸附以去除土壤中的重金属污染的方法具有重要的应用前景。

研究采用模拟实验的方法，用二氧化钛对所配置的溶液中的铜离子进行吸附，并设计单因素变量，察了二氧化钛用量、溶液初始pH值、吸附温度、吸附时间、以及溶液初始浓度等因素对吸附性能的影响，并对吸附工艺进行优化，通过实验得出了以二氧化钛作为吸附剂的适宜操作条件，分析了二氧化钛吸附剂对铜离子的吸附性能，并且为今后二氧化钛吸附重金属离子的研究奠定基础。

第二章 实验部分

2.1 主要实验仪器

表2.1 主要实验仪器

2.2 实验材料

表2.2 试剂名称规格及生产厂家

2.3 实验方法及步骤

2.3.1 标准曲线的测定

分别用分析天平准确称取0.2500g,0.5000g, 0.7500g,1.0000g,1.2500g, 1.5000g, 1.7500g,2.0000g的硫酸铜，置于烧杯中，用少量蒸馏水溶解，转移至容量瓶中，再加蒸馏水稀释至250mL，摇匀，贴上标签，配置成铜离子浓度分别为1g/L, 2g/L, 3g/L, 4g/L,5g/L, 6g/L, 7g/L,8g/L的硫酸铜标准溶液。

将上述所配置成的不同浓度的铜离子溶液以离子浓度0g/L的溶液为空白样，在最大吸收波长为810nm下用分光光度计分别测定吸光度，并以吸光度对铜离子浓度作图，绘制标准曲线，如图2.1所示。

图2.1 铜离子的标准曲线

由图2.1所示，线性回归得方程式为y=0.0502x-0.0047，而且相关性系数R2 =0.9993，此时拟合度比较高，所以可以用此方程描述铜离子浓度与吸光度的关系。

2.3.2 二氧化钛对铜离子吸附反应的测定及计算方法

采用原子吸收法测定溶液的吸光度，将吸光度带入标准曲线方程，求出滤液中铜离子的浓度Ci,用式(1)计算铜离子的吸附率：

η=（C0－Ci）÷C0×100％ (2.1)

2.3.3 探究纳米二氧化钛对铜离子吸附的影响因素

（1）分别取1g，2g，3g，4g，5g，6g，7g，8g二氧化钛，放入50mL浓度为3g/L的铜离子标准溶液中，调节pH至4左右，在30℃下，搅拌吸附40min，过滤后静置，取上层清液，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，由吸光度求出铜离子的浓度，并计算出铜离子的吸附率。

（2）用氢氧化钠和硫酸分别将溶液pH调节至1，2, 3, 4, 5,6左右,向50mL浓度为3g/L的铜离子溶液中分别加入5g二氧化钛，在30℃下，搅拌吸附40min，过滤后静置，取上层清液，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，由吸光度求出铜离子的浓度，并计算铜离子的吸附率。

（3）向50mL浓度为3g/L的铜离子溶液中分别加入5g二氧化钛，调节pH至4左右，在10℃,20℃,30℃,40℃,50℃,60℃下，恒温搅拌吸附40min，过滤后静置，取上层清液，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，由吸光度求出铜离子的浓度，并计算铜离子的吸附率。

（4）向50mL浓度为3g/L的铜离子溶液中分别加入5g二氧化钛，调节pH至4左右，在30℃下，分别搅拌吸附10min,20min，30min,40min,50min,60min过滤后静置，取上层清液，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，由吸光度求出铜离子的浓度，并计算铜离子的吸附率。

（5）分别向50mL浓度为1g/L, 2g/L, 3g/L, 4g/L,5g/L, 6g/L, 7g/L, 8g/L的铜离子溶液中分别加入5g二氧化钛，调节pH至4左右，在30℃下，搅拌吸附40min，过滤后静置，取上层清液，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，由吸光度求出铜离子的浓度，并计算铜离子的吸附率。

2.3.4 铜离子的等温吸附曲线及热力学参数

2.3.4.1 等温吸附曲线

在30℃的条件下，考察二氧化钛对铜离子的吸附性能，并根据吸附经验公式，采用Langmuir和Freundlich等温吸附式对其吸附结果进行拟合。

Langmuir等温方程式： Ce/qe=Ce/qm +1/KLqm (2.2)

Freundlich等温方程式： lnqe= 1/n lnCe + lnKF (2.3)

式中：Ce 为吸附平衡时的浓度，mg/L；qe 为平衡吸附量，mg/g；qm为静态饱和吸附量，mg/g；KL为吸附平衡常数，L/mg；KF为吸附系数；1/n为吸附指数。

2.3.4.2 热力学参数

在30℃、40℃、50℃下测定其吸附性能，可以得到吸附过程的热力学函数，热力学参数焓变（△H0）和熵变（△S0）能从式（2.4）中得到：

ln(qe /Ce)=△S0 /R-△H0 /RT (2.4)

以ln(qe /Ce)对1/T作图，二者的值可由作图所得直线的斜率和截距求得。热力学参数△G0 可由式（2.5)得到：

△G0 =△H0 -T△S0 （2.5）

2.3.5吸附动力学参数

常见的动力学模型有Lagergren准一级动力学模型和准二级动力学模型，前者基于假定吸附速率是由扩散步骤决定，而后者基于假定吸附速率是由化学吸附过程控制的。

准一级动力学方程：ln(qe-qt)=lnqe –k1 t (2.6)

准二级动力学方程:t/qt =1/k2qe2 +t/qe (2.7)

式中：t为吸附时间，min；qe 为实际吸附量，mg/g；qt 为t时刻的吸附量，mg/g；k1 为准一级动力学吸附速率常数，min-1 ；k2 为准二级动力学吸附速率常数，g/（mg·min）。

第三章 结果与讨论

本文考察了不同条件下二氧化钛对铜离子吸附性能的影响，二氧化钛的用量, 初始pH值, 吸附温度, 吸附时间, 溶液的初始浓度都会对铜离子的吸附效率产生影响。并且从热力学和动力学方面探讨了二氧化钛对铜离子的吸附机理。

3.1 二氧化钛的用量

改变二氧化钛的用量对铜离子进行吸附后，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，如表格3.1所示。

表3.1 二氧化钛的用量对吸附性能的影响

由吸光度求出铜离子的浓度，并计算出铜离子的吸附率，以二氧化钛用量为横坐标，吸附率为纵坐标作图，如图3.1所示。

图3.1 吸附率随二氧化钛用量的变化

由图3.1可见，随着二氧化钛用量的增大，吸附率逐渐增加，但是在吸附剂用量由1g增加到5g时，吸附率明显提高，说明此时利用率较高，而且当二氧化钛的用量大于5g时，吸附率增加较少，趋于平缓。吸附剂用量的增加虽然可以增加更多的吸附点位，但是由于吸附反应逐渐趋于平衡，因此随着吸附剂用量的增加，吸附量增加变缓，进而导致铜离子的吸附率增幅减小，当达到平衡后去除率则保持不变。所以本实验选择二氧化钛的最佳用量为5g，此时对铜离子的吸附率为78.29%。

3.2 初始pH值

改变初始pH值对铜离子进行吸附后，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，如表格3.2所示。

表3.2 初始pH值对吸附性能的影响

由吸光度求出铜离子的浓度，并计算铜离子的吸附率,以pH值为横坐标，吸附率为纵坐标作图，如图3.2所示。

图3.2 吸附率随初始pH值的变化

由图3.2可以看出，吸附率随pH值的升高而升高，当pH值为4时，吸附率达到最高点，当4时，随着pH的升高吸附量逐渐降低。在pH>6条件下，铜离子开始渐渐形成沉淀，造成铜离子迅速减少的“假吸附”现象，具体吸附量无法计算，鉴于此，本实验不考虑碱性条件下的吸附。所以本实验选择的最佳pH值为4，此时对铜离子的吸附率为77.62%。

3.3 吸附温度

改变吸附温度对铜离子进行吸附后，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，如表格3.3所示。

表3.3 吸附温度对吸附性能的影响

由吸光度求出铜离子的浓度，并计算铜离子的吸附率，以吸附温度为横坐标，吸附率为纵坐标作图，如图3.3所示：

图3.3 吸附率随吸附温度的变化

由图3.3可知，随着吸附温度的升高，二氧化钛对铜离子的吸附率呈先上升后下降的趋势，在30℃时，吸附率最高。从10℃升高到30℃时，对铜离子吸附率随温度升高而增加，但进一步增大吸附温度时，吸附量反而不断下降。这是因为吸附是放热反应，随着温度的升高，对吸附操作不利，使吸附容量减小。所以本实验选择的最佳温度为30℃，此时对铜离子的吸附率为76.96%。

3.4 吸附时间

改变吸附时间对铜离子进行吸附后，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，如表格3.4所示。

表3.4 吸附时间对吸附性能的影响

由吸光度求出铜离子的浓度，并计算铜离子的吸附率，以吸附时间为横坐标，吸附率为纵坐标作图，如图3.4所示。

图3.4 吸附率随吸附时间的变化

由图3.4可见，对铜离子的吸附过程，开始阶段，随着时间的增大，吸附率逐渐升高，当时间到达40min时，基本达到吸附平衡，吸附容量达到最大，随着时间的继续增加，吸附率不再随吸附时间的延长而变化，说明已达到吸附平衡。所以本实验选择的最佳吸附时间为40min，此时对铜离子的吸附率为78.29%。

3.5 溶液的初始浓度

改变溶液的初始浓度对铜离子进行吸附后，将得到的待测液用分光光度计测定其吸光度，如表格3.5所示。

表3.5 溶液的初始浓度对吸附性能的影响

由吸光度求出铜离子的浓度，并计算铜离子的吸附率，以溶液的初始浓度为横坐标，吸附率为纵坐标作图，如图3.5所示。

图3.5 吸附率随溶液的初始浓度的变化

由图3.5可见，随着溶液初始浓度的增大，吸附率逐渐增加，当铜离子浓度增加到3g/L后，随着浓度的继续增加，吸附量增加较少，趋于平缓。溶液初始浓度较低时，相对于溶液中稀少的铜离子，二氧化钛的吸附位点有着很大的空余量；随着溶液初始浓度的升高，二氧化钛的吸附位点被迅速填满，之后，由于离子间的排斥作用力，使得铜离子不能被进一步吸附，只能游离于溶液中。所以在二氧化钛使用量相同的情况下，溶液初始浓度低时，二氧化钛的吸附位点并不能被填满；溶液初始浓度升高后，二氧化钛的吸附位点被迅速填满，并达到平衡。所以随着溶液初始浓度的升高，二氧化钛对铜离子的吸附量变大，直至饱和。所以本实验选择的最佳初始浓度为3g/L，此时对铜离子的吸附率为75.63%。

3.6 吸附热力学

将实验数据根据式(2.2)和式(2.3)作图，分别得到二氧化钛吸附铜离子的Langmuir和Freundlich等温线，采用Langmuir和Freundlich等温吸附式其吸附结果进行拟合。所得的Langmuir方程常数(KL和qm)和Freundlich方程常数(KF和1/n)即拟合结果值见表3.6所示。

由表3.6可知，二氧化钛对铜离子的吸附行为符合Freundlich等温吸附模型，说明该吸附过程属于非均匀表面吸附。由KF =45.95可以看出，二氧化钛对铜离子的吸附能力很强。

表3.6 Langmuir和Freundlich拟合参数

由式（2.4）和式（2.5）可得热力学参数如表3.7所示。

表3.7 热力学参数

表3.7是在30℃下二氧化钛对吸附铜离子的热力学函数。由表可知，△G0为负值，说明吸附过程是自发进行的。△H0为负值，说明该过程是放热反应，因此二氧化钛对铜离子的吸附容量随着温度的升高而减小，低温有利吸附的进行。

3.7 吸附动力学

吸附时间是影响二氧化钛吸附性能的一个重要因素，控制好吸附时间，既可以使吸附反应充分，又可节省时间，提高单位时间内的吸附效率。从图2.5可以看出，二氧化钛对铜离子的吸附率在初始吸附时间内，随着反应时间的增加而增大，经过一段时间后，吸附量增加不多，趋于平衡。由于随着反应时间的延长，达到吸附饱和状态时，便不再吸附。因此，吸附40min后，二氧化钛对铜离子的吸附基本达到平衡，再延长反应时间，吸附率变化不大。用一级动力学模型和二级动力学模型对本文中的动力学试验数据进行拟合，以研究二氧化钛对铜离子的吸附机理。

分别采用准一级和准二级动力学方程对二氧化钛吸附铜离子的过程进行动力学拟合，其结果如表3.8所示。

表3.8 二氧化钛吸附铜离子的动力学参数

由表3.8可见，二氧化钛吸附铜离子的过程过程拟合准二级动力学相关系数R2 = 0.9899，而且计算得出的平衡吸附量qel 与实验所得实际吸附量qe 非常接近，这表明二氧化钛对铜离子的吸附行为符合准二级动力学方程，吸附过程以化学吸附为主。

结论

本文探索了二氧化钛的用量, 初始pH值, 吸附温度, 吸附时间, 溶液的初始浓度五个变量对铜离子吸附效率的影响。结果表明:在40 min即可达到吸附平衡，在二氧化钛用量为5g，溶液pH为4左右，吸附温度为30℃，溶液的初始浓度3g/L时，对铜离子有较高的吸附率。吸附热力学研究表明，吸附过程符合Freundlich等温吸附模型，即二氧化钛对铜离子的吸附行为属于非均匀表面吸附。吸附动力学研究表明，这表明二氧化钛对铜离子的吸附行为符合准二级动力学方程，说明吸附过程中吸附剂活性点上的化学反应为控制步骤。

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致谢

通过这一阶段的努力，我的毕业论文终于完成了，这意味着大生活即将结束。在大学阶段，我在学习上和思想上都受益非浅，这除了自身的努力外，与各位老师、同学和朋友的关心、支持和鼓励是分不开的。在本论文的写作过程中，我的导师***老师放下了繁重的工作，从选题到开题报告，从写作提纲到论文初稿，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，而且给了我大力的支持与帮助、耐心的辅导与解惑，在此我表示衷心感谢。指导过程中，***的严谨的治学态度、求实敬业的精神也令我钦佩，永远是我们学习的榜样。

感谢我的学校，感谢为我们提供了如此好的学习与生活环境，感谢我的母校给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高。感谢在大学期间所有传授我知识的老师们，给予我诸多教诲和帮助，感谢你们的辛勤栽培，感谢你们不但教会了我许多的专业知识，更培养了我良好的自主学习能力，各位任课老师认真负责，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以顺利完成的基础。

通过此次的论文，我从中学到了很多知识，在论文的写作过程中，通过在图书馆查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。通过毕业论文，使我学会了如何将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。

在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先要认真，对于实验过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决。在做实验的过程中要有耐心和毅力，只要坚持下去就可以找到思路去解决问题的。而且要学会与人合作，这样做起事情来就可以事倍功半。

总之，此次论文的写作过程，我收获了很多，为大学本科阶段划上了一个完美的句号，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。

再次感谢我的大学和所有帮助过我并给我鼓励的老师，同学和朋友，谢谢你们！

最后，祝我的母校南阳理工学院蒸蒸日上，**学院的所有老师身体健康，所有同学在未来工作顺利！

年 月 日

于南阳理工学院

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