背景介紹金屬廢水因其對環境污染嚴重、危害人類健康而越來越引起人們的重視。二氧化鈦（TiO2）由于具有優異的物理化學性能和環境友好性，近年來被廣泛應用于水體中金屬離子的去除。PDADMAC是一種強陽離子聚電解質，由于電荷密度高，它是廢水處理中最理想的聚合物。PDMDAAC主鏈上有帶正電荷的銨基環狀結構，有粘結劑的作用，改善顆粒和基材之間的附著力。本文以鈦酸四丁酯為前驅體，以PDADMAC為改性劑，采用凝膠-溶膠法制備功能化TiO2。在不同的工藝條件（pH、離子強度、吸附時間、吸附溫度、吸附濃度）下探討改性TiO2的吸附效率，并回收處理。文章亮點01.以鈦酸四丁酯為前驅體，PDMDAAC為改性劑，采用凝膠-溶膠法制備N、C、Cl摻雜的功能化二氧化鈦，改性二氧化鈦為銳鈦礦晶型，結構疏松，比表面積增大，有利于吸附；02.以金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+為研究對象，當PDMDAAC摻雜量物質的量比為二氧化鈦的0.2%時，室溫條件下，5min內Al3+、Cr3+去除率可以達到99%以上，屬于快吸附；03.Cu2+、Pb2+吸附動力學模型符合準二級動力學模型。金屬離子存在競爭吸附，吸附容量相比單獨吸附時有所減小；04.改性吸附劑經0.1mol/L檸檬酸溶液洗脫再用，重復利用8次，吸附率仍保持在84%以上。內容介紹1實驗部分1.1

主要儀器與試劑1.2

功能化二氧化鈦的制備1.2.1

凝膠-溶膠法制備二氧化鈦1.2.2

PDMDAAC功能化二氧化鈦（PDMDAAC@TiO2）1.3

吸附實驗準確稱取10.0mgPDMDAAC@TiO2于離心管中，加入Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+金屬離子溶液，濃度100mg/L，離子強度調至10.0%（質量/體積），pH調至8.5，定容至200.0mL，室溫振蕩50min，8000r/min離心分離10min，取上清液，進入ICP-OES測定。2結果與討論2.1

二氧化鈦的表征圖1為TiO2和PDMDAAC@TiO2

X射線粉末衍射圖。根據XRD譜圖分析，TiO2各個衍射峰與標準銳鈦礦晶型TiO2的衍射峰峰位相符，25.3°（101）、38°（004）、47.7°（105）、54.8°（204）相對應，不存在30.8°（121）衍射峰對應的板鈦礦晶型，樣品與TiO2標準卡片JCPDS21-1272一致，說明TiO2和PDMDAAC@TiO2均為單一銳鈦礦晶型。在加入PDMDAAC后，N、C、Cl摻雜后，分散性得到了改善，更有利于水處理中的應用。圖2為TiO2和PDMDAAC@TiO2掃描圖，可以看到，溶膠-凝膠法制備的TiO2結構比較緊致，而通過陽離子電解質PDMDAAC功能化改性，得到的TiO2表面結構疏松，表面粗糙，孔洞增加，不容易結塊。圖3中TiO2和PDMDAAC@TiO2的吸附曲線屬于有明顯H3滯后Ⅳ等溫線，平均孔徑屬于介孔材料。2.2

TiO2和PDMDAAC@TiO2對金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+的吸附TiO2、PDMDAAC和PDMDAAC@TiO2對Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+吸附效率如圖5所示。2.3

功能化二氧化鈦吸附金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+工藝條件優化2.3.1

pH對金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+吸附率的影響圖6為pH對金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2++吸附率的影響。2.3.2

離子強度對金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+吸附率的影響水體中無機離子的影響，以最常見的Na+為考察對象，研究共存離子對吸附4種金屬離子行為的影響。考察了NaCl溶液（0、5%、10%、15%、20.0%）對Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+吸附率的影響。圖7結果表明，隨著離子強度的增大，Cr3+、Cu2+和Pb2+均在離子強度10.0%處達到吸附平衡，因NaCl增大了吸附劑與Cr3+、Cu2+和Pb2+的靜電作用。2.3.3

吸附溫度對金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+吸附率的影響實驗考察了不同溫度（10、20、30、40、50℃）對Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+吸附率的影響。結果顯示，20℃時Cu2+吸附率達到最大，并隨溫度的升高保持平穩；溫度對Al3+、Cr3+和Pb2+吸附率沒有影響。為了操作簡便，選擇室溫為最佳吸附溫度。2.3.4

吸附時間對金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+吸附率的影響2.3.5

金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+濃度對吸附率的影響20℃、離子強度NaCl為10%、pH=8.5時，吸附時間為50min，1g吸附劑分別對Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+不同濃度溶液單獨進行吸附去除，同時對Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+

4種金屬溶液混合吸附去除。吸附劑用量為1g，金屬離子濃度在不同濃度下，吸附濃度結果如圖10所示。2.4

功能化TiO2回收再用3結論3.1

采用凝膠-溶膠法制備以鈦酸四丁酯為前驅體，以PDMDAAC為改性劑，采用凝膠-溶膠法制備N、C、Cl摻雜的功能化二氧化鈦，XRD表征屬于銳鈦礦晶型，SEM和BET表征表明，改性后結構疏松，比表面積增大，有利于吸附。3.2

以金屬離子Al3+、Cr3+、Cu2+、Pb2+為研究對象，當PDMDAAC摻雜量物質的量比為二氧化鈦的0.2%時，室溫條件下，pH=8.5，離子強度取NaCl質量濃度為10%，功能化二氧化鈦用量為10mg處理濃度為100mg/L的混合廢水，去除率達到99%以上。3.3

吸附劑對Al3+、C