毕业论文溶胶凝胶法制备纳米SiO2TiO2复合材料及U（Ⅵ）离子的吸附性能研究.doc

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1、本 科 生 毕 业 设 计（论 文）论文题目：溶胶凝胶法制备纳米TiO2-SiO2复合材料及U（）离子吸附性能研究姓名：学号：班级：年级：10级专业：材料化学学院：化学生物与材料科学学院指导教师：完成时间：2014年 5月30日作 者 声 明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业

2、设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。毕业设计（论文）作者（签字）： 签字日期： 年 月 日 本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。 学位论文指导教师签名： 年 月 日溶胶凝胶法制备纳米SiO2-TiO2复合材料及U（）离子的吸附性能研究Sol gel preparation of order mersoporous SiO2-TiO2 and usd for absorption uranium ion JunZhang 摘 要 有序介孔材

3、料具有很大的比表面积和孔体积，在生物过程，大分子催化，功能材料，选择吸附方面具有广泛的应用前景。锐钛矿型TiO2具有优越的吸附性能，特别是改性后的纳米锐钛矿型TiO2具有活性高，不易团聚，易回收以及再利用的特点，是优异的吸附材料。本论文利用正硅酸乙酯，钛酸丁酯为前驱体，聚乙二醇2000为模板剂，无水乙醇，醋酸，去离子水为原料，采用溶胶-凝胶法制备有序介孔SiO2-TiO2 复合材料。通过单因素实验探讨了配比、时间、pH值、焙烧温度等影响因素对制备产物的影响。将一定量的有序介孔SiO2-TiO2 复合材料加入到铀标溶液中，测定有序介孔SiO2-TiO2 复合材料对U（） 离子的吸附性能。 结果表

4、明：正硅酸乙酯与钛酸四正丁酯能反应制备有序介孔SiO2-TiO2 复合材料，控制TEOS/TBOT配比为1:2，反应水浴温度40，焙烧温度600，pH为0.53，制备得到具有高度有序的纳米介孔锐钛矿型复合材料。当吸附剂用量为0.025g时，其吸附值达到饱和，为100.9706 mg/g。关键词：有序介孔材料； 溶胶-凝胶法； 铀吸附ABSTRACT Ordered mesoporous materials with large specific surface area and pore volume, has extensive application prospect.in a biolo

5、gical process, macromolecular catalysis, functional materials,and selective adsorption. Anatase TiO2 has superior absorption properties, especially modified nano-anatase TiO2 is a good adsorbent material with a high activity, easy reunion, easy to recycle and re-use characteristic.This theme using s

6、ol-gel method prepare ordered mesoporous SiO2TiO2 composite materialsis with ethyl silicate and tetra-n-butyl titanate as precursor, polyethylene glycol 2000 as the template agent, anhydrous ethanol, acetic acid and deionized water as raw materials.Through single factor experiment,we explores the fa

7、ctors as the ratio, time, pH,and calcination temperature on the preparation how to infect the production. The amount of ordered mesoporous SiO2-TiO2 composite material is added to the standard solution of uranium to measured it adsorption properties.The results showed that highly ordered mesoporous

8、SiO2-TiO2 anatase nano-composite materials can be prepared through TEOS and TBOT reaction by control TEOS / TBOT ratio as 1:2, the reaction bath temperature as 40 , calcination temperature as 600 , pH as 0.53.The adsorption reaches saturation of 100.9706 mg/g when the amount of adsorbent is 0.025gKe

9、ywords: ordered mesoporous materials; Sol-gel method; The adsorption of uranium目 录绪论11.1 引言11.2 有序介孔SiO2-TiO211.2.1 有序介孔SiO2-TiO2的简介11.2.2 有序介孔SiO2-TiO2的结构21.2.3 有序介孔 SiO2-TiO2 的制备21.2.4 有序介孔SiO2-TiO2材料的生成机理31.2.5 介孔有序SiO2-TiO2材料的性能41.2.6 有序介孔 SiO2-TiO2材料的表征方法41.3 含铀废水处理方法51.4 本论文的立题思想及研究内容51.4.1 立题

10、思想51.4.2 研究内容52.实验部分62.1 试剂及主要仪器62.1.1 实验试剂62.1.2 实验仪器62.2 制备实验72.2.1 实验技术路线72.2.2 实验制备过程72.2.3 制备过程中的影响因数92.3 吸附实验92.3.1 吸附实验过程93.结果与讨论133.1 XRD 分析133.2 SEM分析143.3样品吸附性能评价164. 结论与展望18致 谢19参考文献20绪论 1.1 引言能源问题是一个世界性的全球性问题，是一个关系到我国社会建设发展的根本性问题。人类社会在求得生存与发展的过程中，需要消耗大量的能源，而当今社会，各种能源消耗极具上升，能源危机的时代已经来临。寻找

11、新能源，是当前一个热点，同时也是重点话题。选择核能发电，既可以减少对环境的破坏，又可以避免大量的石油，天然气，煤炭等燃料的消耗，是一个极具潜力的方向。现在铀主要是通过提取富集铀矿中的铀与回收废水中的铀得到的，以及低含量的铀矿经再处理形成高浓缩铀。最近几年，世界各国对铀的需求量越来越大，以至于市场上的铀出现了供不应求的局面。澳大利亚是铀储存量最多的国家，其次是哈萨克斯坦与俄罗斯等等。我国的铀储量严重不足，并且资源分布过于零散，矿石平均品位极低，矿体厚度小，矿床规模远远不够，可供采集的时间短，资源短缺问题日益严重1。据悉，海水中的铀储存量要远高于大陆，如果人类有效获得了从海水中提取铀的技术，不仅可

12、以解决市场上铀资源供不应求的局面，同时也会更好地促进核工业的发展。再者，工业含铀废水废渣将会对人类生存环境与健康造成重大的危害，因此对含铀废水的再处理不仅是迫在眉睫，同时也是一举俩得，意义十分重大。1.2 有序介孔SiO2-TiO21.2.1 有序介孔SiO2-TiO2的简介1992年，美国研究人员成功制备了M41S系列介孔物质2,3，使得人们开始意识到多孔材料合成领域前景广阔。多孔材料依据内部结构差异可分为三种类别：晶体、次晶（准晶）与非晶（无定型）。无定型结构仅在间距为几个原子范围内为有序状态，超过此范围则原子排列无序，。次晶，在取向上具备长程有序，但是原子排列没有规则，不具备周期性，而且

13、孔径分布宽。晶体中原子按一定规则排列，内部粒子在空间按一定规律周期性重复排列。有序介孔材料的制备也有赖于近代材料相关科学发展，相关背景介绍如下：1） 有序介孔材料属于纳米材料的一员，其合成与发展离不开纳米材料与纳米科技5；2）固体无机化合物的制备的新方法，如共沉淀法，水热法，置换法，前置法，气相运输法，软化学法，微波法等，推动了有序介孔材料的发展；3）无机与有机物质之间的相互作用会自发推动物质内部结构重组形成新的复合物，软化学的发展为有序介孔结构物质的合成作了重要的技术积累。；4）利用超分子有序自组装技术可以局部区域自发的形成具有特殊有序结构和形貌的合成体4；5）溶致液晶对于长程有序结构生成至

14、关重要，这又与双亲性的表面活性分子关联紧密，它得依靠溶质与溶剂分子间的相互作用力来形成有序凝聚态的稳定态。有序介孔SiO2-TiO2 材料是利用溶胶-凝胶法，以双亲性物质为模板，通过无机物与有机物之间的相互作用力，形成具有晶体结构的多孔复合材料5。1.2.2 有序介孔SiO2-TiO2的结构不同的研究机构可以利用不同的无机物种，双亲性模板剂的特定合成体系、结合自身需要、制备形貌、组成和结构符合目的的有序介孔 SiO2-TiO2 材料。溶胶-凝胶法合成的有序介孔SiO2-TiO2材料一般情况下为线性结构，且结晶的速率缓慢，容易生成粒径较大的晶体，但是颗粒在形貌却千奇百怪，如：实心纤维、球形贝壳型

15、和空心管状等6。有序介孔SiO2-TiO2材料存在氧化硅与二氧化钛之间形成SiOTi键，并且是具有长程有序晶体结构的纳米材料，拥有以下优异特性：1） 孔径分布均一，且可在2 30 nm 范围内调控；2）微观结构高度规整，长程有序；3）拥有多样性的无机成分；4）产物具有良好的热稳定性；5）比表面积大；6）颗粒形貌规则，并且可控。1.2.3 有序介孔 SiO2-TiO2 的制备 无机-有机纳米复合物质如本文目的产品介孔SiO2-TiO2 材料的常用制备法包括水热合成法以及溶胶-凝胶法等等。水热合成法的主要过程是：在水中加入酸或碱，表面活性剂形成呼和溶液，接着加入无机源反应，所得产物经过洗涤，过滤，

16、烧结除去模板剂就得到介孔材料。该方法优点是合成条件简单，颗粒分布均匀，无团聚。朱金华等7以乙酰丙酮以及钛酸丁酯为主要原料通过此法成功制备得到了TI-SBA-15,并且表明：产品中添加量较高、钛分布均匀，仍保持原来具有高度有序介孔结构。溶胶-凝胶法在合成有序介孔材料占据十分重要的地位，主要的步骤是：利用双亲性超分子为模板，在溶胶-凝胶过程中形成孔径分布窄，孔径大小在230 nm 的有序介孔物质。合成途径主要分为俩个步骤：1） 利用双亲性模板剂的有机部分与无机物质在一定的条件下相互作用，自发形成纳米级有机-无机复合相；2）将表面活性剂在高温下脱附，余下空间形成介孔孔道结构。合成过程主要包含了三个主

17、要的成分：双亲性大分子形成的表面活性剂，反应溶剂以及无机物种。要成功合成有序介孔材料，就必须把握三个成分之间的相互平衡。Elizabeth 8等TTIp 为钛源，TEOS 为硅源，壳聚糖做模板剂，用溶胶-凝胶法合成了复合材料，结果表明，SiO2-TiO2 介孔材料的比表面积是305524 m2/g，随着壳聚糖溶度的增加，样品的平均孔径增大，比表面积下降。1.2.4 有序介孔SiO2-TiO2材料的生成机理在溶胶-凝胶合成有序介孔SiO2-TiO2材料过程中，碱性的硅酸盐溶液在酸化时因中和硅酸盐产生硅酸，并进一步发生硅酸聚合形成无定形SiO2，该过程受介质的pH值影响较大。合成方式根据无机物质与

18、双亲性模板剂带电种类的不同可分为多类（见表1.2.4），分类不仅要考虑界面作用力的类型，还需参考其大小。A+代表带正电荷的表面活性剂（如：长链烷基季铵盐，阳离子双子型等。），A-代表带负电荷表面活性剂（如：羧酸盐等盐。），A0代表显电中性的表面活性剂（如：长链烷基伯胺等），B 表示无机物种（B+ 表示带正电荷的无机物质，B- 表示带负电荷的无机物质，B0 表示显电中性的无机物质），C+ 表示Na+,H+ 等，F- 代表Br -,Cl- 等。在无机物种与表面活性剂都带电荷时，复合物的形成是基于俩者之间异性电荷的静电引力，在中性及非离子型的无机物种与表面活性剂中，氢键则是促使复合物生成的主要驱动力

19、对于有序介观材料的生成机理，目前为止尚无定论，主要的观点有：霍启生等9依据无机源分子与双亲性分子作用力类型的不同，阐述了广义液晶模板机理；Beck 等3阐述的液晶模板机理以及Inagaki 等10阐述的硅酸盐片迭机理。上述观点都是在协同作用机理以及液晶模板机理11的基础上不断发展所形成的分支。液晶模板机理主张双亲性大分子形成的溶致液晶在没有加入无机物种时就已经形成了，表面活性剂水溶剂体系中一开始为球型胶束，然后发展为棒状胶束，表面活性剂溶度较大时，则会生成有序液晶结构。一些合成物的结构随双亲性大分子物质浓度以及反应温度变化的相转变规律可以运用该原理分析解释。协同作用机理主张在加入无机物种后，双

20、亲性的大分子形成的液晶相是才开始形成。该机理能够说明介孔物质在双亲性大分子模板剂浓度较低时的合成现象以及其中的相转变规律2。广义液晶模板机理14是在协同作用机理不断发展所形成的一个分支，该机理主张：在无机物种与双亲性大分子之间的相互作用下形成了液晶，并最终发展为介观结构，模板主要分三类：1） 依靠氢键相互作用的中性模板；2）依靠静电相互作用的电荷匹配模板；3）依靠共价键相互作用的配体辅助模板。表1.2.4 无机物种无模板剂之间作用力类别汇总相互作用力类型举例A+ B- 静电力硫化锡，氧化锑，磷酸铝A- B+ 静电力氧化锡(六方)A+ B+ F- 静电力磷酸锌A+ B0 F- 静电力氧化硅（六方

21、）A0 B0 氢键HMS（A0 H+ ）F- B+SBA-16(六方)A0 F- B+ 氧化硅（六方）(A0 Mn+ ) B0含金属氧化硅（立方，六方）AB配位键Ta,Nb,氧化物（六方）A- C+ B- 氧化铝，氧化锌（层状）1.2.5 介孔有序SiO2-TiO2材料的性能纯TiO2 自身稳定、活性高、无毒、无污染、成本低，是具有宽广开发前景的绿色环保型纳米催化剂。锐钛矿型二氧化钛在催化以及吸附方面具有优异性能，纯钛的比表面积较小，而经过 Si ,Ce ,Fe,Nb 等氧化物的改性处理，其表面积都在同种方法得到的纯TiO2 的比表面积要大，更具有良好的催化吸附性能。经SiO2改性后形成的介孔

22、有序SiO2-TiO2材料比表面积更大，热稳定性更好。1.2.6 有序介孔SiO2-TiO2材料的表征方法常用于有序介孔SiO2-TiO2 复合材料的表征方法主要包括SEM、XRDBET 分析等等。利用扫描电镜和高分辨率透射电镜可以对复合材料的粒子大小，团聚情况以及形状作直观的观察，式样的代表性以及扫描区域的选择对该法的准确性至关重要。样品的晶型结构能够依据XRD 谱图中衍射峰出现的位置加以辨别。在小角度衍射区域的衍射峰是判别材料是否具有介孔结构的重要判据，大角度衍射区域可以观察到材料的晶体结构。利用脱-吸附等温曲线可以获得材料的孔容、比表面积、孔道类型以及孔径分布等信息，为进一步证明材料的介

23、孔材料提供重要的判据。1.3 含铀废水处理方法 含铀废水的处理方法主要有生物处理法、膜处理法、化学沉淀法、离子交换法、浮选法、吸附法等等。吸附法的核心思想是以高比面积，一般情况下不会与吸附质以及介质产生化学反应，而且吸附剂易于制造容易再生机械强度好的物质作为吸附剂。一方面吸附性能要好，另一方面要便于操作应用。许昭怡等15对在含酚废水中大孔树脂的的应用作了概括，表明大孔树脂在低以及高浓度的含酚废水中选择吸附性非常高，吸附率可以达到99%，在酸碱溶液或者是有机溶剂中，脱附率可达95%，并且在整个过程中，无机盐离子对其影响几乎可以忽略。大孔吸附树脂也是良好的载体材料，可以在其表面上一些想要的官能团，

24、以增加其吸附性能。刘云海等16利用硝基还原，原位磷酸化，气固转换磺酸化以及气固转换羧基化等工艺技术，对有序介孔碳的内外表面进行磺酸基，磷酸基，羧基，磺以及氨基指向功能化，从而使得介孔碳表面，吸附铀的功能性位点数目大大增加，制备出表面富含活性基团、化学和热稳定性高、选择性强、环境友好型吸附材料。1.4 本论文的立题思想及研究内容1.4.1 立题思想有序介孔 SiO2-TiO2 复合材料具有很高的比表面积以及稳定性，适用于废水中的吸附剂，联系到当前铀资源短缺以及铀废水污染问题，本论文选择有序介孔SiO2-TiO2 复合材料为吸附质，用于吸附放射性废水中的铀。为今后继续研究打下基础。1.4.2 研究

25、内容 本文选用溶胶-凝胶法合成目的样品有序介孔SiO2-TiO2 材料，并将其应用于放射性废水中对U()离子的吸附，具体研究内容有：（1）通过控制变量探讨研究不同反应物配比、焙烧温度、pH以及模板剂的添加与否对样品合成的影响，并利用XRD、SEM、TEM等表征手段对样品进行分析。 （2）测定不同反应物配比、pH值、焙烧温度下有序介孔SiO2-TiO2 复合材料在不同pH下对铀吸附性能。2.实验部分2.1 试剂及主要仪器2.1.1 实验试剂 实验仪器在表2-1 详细列出：表2-1 主要试剂药品名称规格/纯度厂家无水乙醇AR西陇化工股份有限责任公司正硅酸乙酯AR西陇化工股份有限责任公司钛酸四正丁酯

26、Cp西陇化工股份有限责任公司聚乙二醇2000Cp西陇化工股份有限责任公司盐酸AR西陇化工股份有限责任公司氯乙酸AR西陇化工股份有限责任公司无水乙酸钠AR西陇化工股份有限责任公司偶氮胂AR西陇化工股份有限责任公司2,4-二硝基苯酚AR西陇化工股份有限责任公司铀标溶液自配氢氧化钠溶液AR西陇化工股份有限责任公司醋酸AR西陇化工股份有限责任公司2.1.2 实验仪器实验仪器在表2-2 中详细列出：表2-2实验仪器真空干燥箱DZF-6050上海新苗有限公司电子天平AR124CN奥豪斯仪器有限公司精密pH计pHS-3C上海康仪仪器有限公司数显恒温水浴锅HH-Z郑州英峪予华仪器有限公司高速离心机HC-301

27、8安徽中维科学仪器有限公司马弗炉TL0612南通华泰实验仪器有限公司振荡机TY201A姜堰市天仪电子仪器有限公司双光束紫外可见分光光度计TU1901北京普析通用仪器有限责任公司2.2 制备实验2.2.1 实验技术路线 根据在本实验产物的制备，及对产物的结构进行表征，可设计图2-1技术路线图进行概括。 图2-1 技术路线配比酸度温度模板剂 正硅酸乙酯 影 响紫外分光计测定对铀的吸附性溶胶凝胶钛酸正四丁酯表 征 利用XRD、TEM、SEM对样品表征 本实验以TBOT、TEOS以及聚乙二醇2000为主要原料，选择溶胶-凝胶法合成纳米TiO2-SiO2目的产物。主要考察研究各物质配比、模板剂添加与否、

28、pH值、焙烧温度等对样品的内部构成的影响，并采用XRD、SEM等表征手段对样品进行分析。2.2.2 实验制备过程室温20，用分析天平称取0.5030g的聚乙二醇2000（PEG2000），再用量筒分别量取2.5mL蒸馏水，4.8mL醋酸，44mL无水乙醇，并将四者混合于250mL的烧杯A中。将烧杯A置于40的恒温水浴磁力搅拌器中，转速设为1500转/min。然后用量筒量取一定量正硅酸乙酯（TEOS），用注射器以50滴/min的速率缓慢滴入烧杯A中，转速升至6000转/min。滴加完TEOS后，待其充分水解30分钟后，用5mL注射器量取一定量钛酸四正丁酯（TBOT）以50滴/min的速率缓慢滴入

29、水解后的溶液中，转速调回1500转/min。用薄膜罩住烧杯口用以防止醋酸和乙醇的挥发。待反应完全后，将磁力搅拌子取出，并将反应烧杯放在设定温度为40的恒温水浴锅中陈化48 h，获得淡黄透明溶胶。取出烧杯放入干燥箱中干燥24 h，温度设为80。取出烘干后的凝胶，令其室温下冷却，用玛瑙研钵研磨30 min后得到细粉末。将研磨后的细粉末置于升温速率为4/min，目标温度为600的马弗炉中焙烧150 min，室温冷却后得到目的复合材料的粉末。用样品袋封存，留待后续的产物表征及性能测试。改变正硅酸乙酯与钛酸四正丁酯的配比（表2-3表示），改变反应的pH值（表2-4表示），改变焙烧温度（表2-5表示）。通

30、过样品后续的产物表征及性能测试，比较模板剂添加的优劣，同时得出吸附铀效果最好的TEOS/TBOT物质的量比、反应温度以及焙烧温度。表2-3 TEOS与TBOT为变量的反应物用量配比组号去离子水/ml无水乙醇/mlpEG 2000/g醋酸/mlTEOS/mlTBOT/mln(TEOS):n(TBOT焙烧温度（）a2.5440.50304.81.52.281:1550b2.5440.50304.81.54.561:2550c2.5440.50304.81.56.851:3550d2.5440.50304.81.511.421:4550e2.5440.50304.81.513.711:5550f2.

31、5440.50304.81.516.001:6550表2-4 pH值为变量的反应物用量配比组号去离子水/ml无水乙醇/mlpEG2000/gTEOS/mlTBOT/mlpH值焙烧温度/p-12.5440.50301.54.560.5550p-22.5440.50301.54.561550p-32.5440.50301.54.561.5550p-42.5440.50301.54.562550p-52.5440.50301.54.562.5550 表2-5 以焙烧温度为变量的反应物配比用量组号去离子水/ml无水乙醇/mlpEG2000/gTEOS/mlTBOT/mlpH值焙烧温度/X-12.544

32、0.50301.54.560.53550X-22.5440.50301.54.560.53750X-32.5440.50301.54.560.538502.2.3 制备过程中的影响因数（1）正硅酸乙酯与钛酸正四丁酯的配比 正硅酸乙酯与钛酸正四丁酯的摩尔含量比对反应速度，溶胶凝胶的均匀度会产生重要的影响。正硅酸乙酯与钛酸四正丁酯的摩尔比较小时，形成溶胶的速度快，而且溶胶不稳定，易生成白色沉淀物。当正硅酸乙酯与钛酸四正丁酯的配比较大时，水解速度缓慢，生成溶胶的速度较慢，较难生成溶胶。（2）加入醋酸量反应过程中，醋酸既是合成体网络结构的联接物，又作为酸催化剂使反应加速，溶胶的稳定性、均匀性以及反应的

33、水解速率受其影响变化很大。醋酸的加入量越多，则水解速率越快，溶胶时间越短，如果过多，则会导致溶胶均匀性大大降低。（3）煅烧温度煅烧时间的延长，使纳米SiO2-TiO2复合材料粉体的粒径增大，而且分散的更不均匀。这是因为溶胶凝胶法制得的粉纳米SiO2-TiO2复合材料的粒径小，比表面积大，表面能高。焙烧温度为500-700为样品由锐钛矿型向金红石型转化相转变温度，当温度高于此温度时，样品有可能发生相转变。 此外，模板剂、加水量、乙醇量以及反应过程中搅拌速率也会对制备产品的性质产生一定的影响。2.3 吸附实验2.3.1 吸附实验过程 称取一定量的U3O8基准于250 ml烧杯中，并加入3ml 过氧

34、化氢，10ml 的 盐酸以及俩滴硝酸，加热溶解后用1000ml 容量瓶定容，得到1 mgml-1的铀标溶液。称取47.25 g氯乙酸于和20.5076 g无水乙酸钠使之混合形成pH值为2.5 的缓冲溶液。称取0.25 g 2,4-二硝基苯酚于250 ml容量瓶中，并用乙醇定容形成指示剂溶液。称取0.5 g 偶氮胂于1L容量瓶中，用蒸馏水定容进行超声处理出去固体。自配浓度3mol/l 的盐酸溶液。取6个1L锥形瓶并依次标号1-6，每个锥形瓶称取0.0100g制备的有序介孔SiO2-TiO2 复合材料样品，将加入一定量铀标的250 ml烧杯放置在磁力搅拌器中，调pH 依次为2，3，4，5，6，7。

35、用移液枪分别移取1ml调好pH值的铀标溶液于6个2.5 ml 容量瓶中并标好pH值，在每个容量瓶中依次滴加2滴指示剂2滴，2滴3mol/l的盐酸，2ml缓冲溶液，2ml偶氮胂，并用去离子水定容，混匀后静置20min测试吸光度。用移液管移取依次50ml铀标于6个锥形瓶中，同样依次加入2滴指示剂，2滴3mol/l的盐酸，2ml缓冲溶液，2ml偶氮胂，使其于摇床内振荡离心150min以达到充分混合，再用紫外分光光度计测量产品的吸光度。通过控制吸附剂的添加量以及pH值来探讨不同硅钛配比吸附剂对吸附性能的关系列于表2-6中表示，同理探讨pH值与吸附性能的关系列于表2-7中表示，探讨加入吸附剂的量与吸附量

36、的之间的关系列于表2-8。调节紫外分光光度计的入射波长为650 nm，测定其吸光度，根据朗伯比尔定律计算吸附前后溶液中铀U(VI)的浓度，朗伯比尔定律公式如下: A = Kbc = 式中：A 为吸光度； b 为吸收层厚度，单位cm ； c 为吸光物质的浓度，单位mg/L；利用下式算出吸附容量Q： Q为吸附剂对铀的吸附量mg/g；C为铀标准溶液浓度mg/L；C1为吸附后溶液中残余的铀离子的浓度mg/L；V为铀离子标准液的体积mL；m为吸附剂的用量g。表2-6 硅钛比为变量的物质配比组号nSi:nTipH值吸附剂量（g）A-11:15.980.0101A-21:25.980.0100A-31:35

37、.980.0101A-41:46.020.0099A-51:56.020.0100A-61:65.980.0101A-05.980注：A-0 组为空白对照表 2-7 pH值为变量的物质配比组号nSi:nTipH值吸附剂用量(g)B-11：22.050.0100B-21：23.100.0101B-31：24.240.0100B-41：25.130.0101B-51：26.020.0101B-61：26.580.0100B-71：26.990.0100B-81：27.540.0101B-1-02.05B-2-03.10B-3-04.24B-4-05.13B-5-06.02B-6-06.58B-7-

38、06.99B-8-07.54注：B-i-0(i=1,2,3,4,5,6,7,8)分别对应B-i(i=1,2,3,4,5,6,7,8)的空白试验组表2-8 吸附剂用量为变量组号nSi:nTipH值吸附剂用量/gC-11:25.990.015C-21:25.990.02C-31:26.020.025C-41:26.020.03C-05.99注C-0为空白对照组 3.结果与讨论3.1 XRD 分析样品的的内部晶型利用日本理学（Rigaku）UItimaIII X射线粉末衍射仪进行分析测试。产品粒径大小可以依据XRD图谱衍射峰的宽度分析。纳米SiO2-TiO2样品包括金红石、板钛矿以及锐钛矿3类晶型。

39、各种晶型的稳定性不同，导致一些性质也会有较大的差异。利用XRD谱图中各衍射峰的位置可以区分各种晶型。本实验探讨了焙烧温度对晶型结构的影响，图3-1-1、3-1-2、3-1-3分别是焙烧温度550 、650 、750的XRD谱图。图3-1-1 550 焙烧温度介孔SiO2-TiO2材料XRD谱图 图3-1-2 650 焙烧温度介孔SiO2-TiO2材料XRD谱图图3-1-3 750 焙烧温度介孔SiO2-TiO2材料XRD谱图由图可得：在550焙烧的介孔SiO2-TiO2材料的衍射峰位置为2=25.2,37.68,48.00,54.78,62.22。在750焙烧的介孔SiO2-TiO2材料的衍射

40、峰位置为2=25.05,37.95,48.21,54.54,62.46在950焙烧的介孔SiO2-TiO2材料的衍射峰位置为2=25.32，37.31， 48.12，54.05，62.67。随着焙烧温度的升高，样品的晶型并未发生改变，可能是由于样品中二氧化硅与二氧化钛的混合达分子级，不利于氧化物的相转变。3.2 SEM分析 样品的外形外貌用LMNO 公司制作的JSM-5600LV型扫描电子显微镜进行测试分析。SEM照片如图3-2所示图a，b，c，d，e，f分别对应为600焙烧后n(TEOS):n(TBOT)=1:1，1:2，1:3，1:4，1:5，1:6的a，b，c，d，e，f各组的热场扫描照

41、片。从图片可知，600焙烧后的TiO2粉体为不规则颗粒，粒度呈宽分布，从几十纳米到几微米，颗粒分散性良好，无明显的聚集和二次团聚现象。由于凝胶过程形成了良好的无定形网络结构，为焙烧形成较好的结晶具备了条件。这一点与XRD图谱分析结果一致。但是凝胶的研磨是在玛瑙研钵中手工研磨，由于研磨时间和研磨体系的不理想，凝胶粉体颗粒不均匀。所以最后的焙烧产物颗粒分散性较好，但是颗粒粒度分布宽。 图3-2 600焙烧时不同硅钛比产物扫描电镜图ab cd e f 3.3样品吸附性能评价 制备样品的pH为0.53，吸附pH为6，吸附剂添加量为0.0100g时不同硅钛比的吸附曲线在图3-3-1中表示，从图中可以看出

42、，在硅钛摩尔比为1:2时吸附量最大，为109.0073mg/g,最大吸附率为46.02%。制备样品的pH为0.5，硅钛摩尔比为1:2，吸附剂添加量为0.0100g时的不同吸附溶液pH值的吸附曲线在图3-3-2中表示。从图中可以看出，在pH值为6时，吸附量最大，最大值为51.5666，最大吸附率为23.66%。制备样品pH为0.53，硅钛摩尔比为1:2，吸附pH为6时，吸附剂的饱和吸附曲线在图3-3-3中表示 。从图中可以看出，随着加入吸附剂质量的不断增加，吸附量逐渐升高，在0.025g时达到饱和，最大吸附量为100.9706，最大吸附率为82.02%。注：其中Q为吸附量，Eod为吸附率大小图3-3-1 不同硅钛比吸附曲线图注：其中Q为吸附量，Eod为吸附率图3-3-2 吸附溶液不同pH值的吸附曲线图 注：其中Q为吸附量，Eod为吸附率图3-3-3 吸附溶液饱和吸附曲线图4 结论与展望 本论文选择TBOT、TEOSPEG2000为主要原料，利用溶胶-凝胶法合成有序介孔SiO2-TiO2 样品物质，并通过控制变量探讨了模板剂，反应物配比，反应溶