重金属Zn（II）在锐钛型TiO2表面吸附机理研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨玉环 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 潘纲 |
| 关键词 | ：温度 颗粒物浓度 温度循环扫描 Zn（II） 吸附-解吸 微观结构 XAFS DFT计算 Temperature Particle concentration Circulative Temperature scnning(CTS) Adsorption-desorption Micro-structrue DFT |
| 其他题名 | A mechanism study on the adsorption of Zn on Anatase TiO2-water interfaces |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 吸附作为自然界普遍发生一种物理－化学的微界面过程，对于污染物在环境 中的迁移、转换以及降解都非常重要。因此，对自然界中吸附过程和吸附机理的 研究一直为环境学者所重视。为了更深入的了解该过程，本文结合宏观吸附实验， 温度循环扫描（CTS）实验、X 射线精细结构（XAFS）表征技术和量子化学的 DFT 计算，研究了重金属Zn(II)在锐钛型TiO2－水界面上的宏观吸附行为和微观 构型，从分子水平探索了（宏观吸附行为）的颗粒物浓度效应和吸附可逆性之间 的关系。 宏观实验数据表明，在低温5℃下，Zn 在锐钛型TiO2 上的吸附存在明显的颗 粒物浓度效应， 其吸附等温线可以用MEA-Freundlich 类型描述： 0.362 0.577 28.8 p e C C 。本文采用的温度循环扫描实验可根据吸附等温线上某一点 在温度循环前后吸附量的变化来判断吸附的不可逆性。当温度经过循环回到初始 测定温度时，其吸附量在温度改变前后接近时，该点的吸附可逆性越强，反之则 其不可逆性强。实验中利用CTS 技术研究了Zn-TiO2 体系中吸附等温线上低吸附 量点（S1）和高吸附量点（S2）的温度循环扫描，得到Zn 在TiO2 的等温线上， 当吸附量较低点，为较强的不可逆吸附；Zn 在TiO2 上吸附量较高时，为较强的 可逆吸附。 采用EXAFS 技术实验手段表征了等温线上不同吸附量的吸附微观构型，不 同温度下EXAFS 数据得到第一配位层的Zn-O 配位数与吸附量无关其值接近4， 键长为0.200nm，该结果表明，四配位构型为主的结构无变化，表明溶液中六配 位的Zn 离子吸附后转化为稳定的四配位水合Zn 离子。而第二配位层Zn- Ti 层在 TiO2 表面上吸附配位数的变化，是影响宏观行为的主要原因。低吸附量所对应的 强、弱吸附位之比N1/N2 为0.81， 高吸附量的强、弱吸附位之比N1/N2 为0.69。 说明等温线上吸附量吸附不可逆性较等温线上高吸附量强，与宏观吸附实验结果 一致。随着扫描温度的变化，两组的N1/N2 变化表现出同样的规律，即随着外界 温度的升高，N1/N2 逐渐减小，但高吸附量的变化幅度明显小于低吸附量的比值。 说明了体系的吸附不可逆性随着反应温度的升高而减弱。进一步采用量子化学密度泛函理论（DFT）计算了Zn(II)/TiO2吸附体系结构特征，Zn在簇TiO2{101}面上的吸附模式，发现体系的微观吸附模式为单角和双角/单边多种吸附模式的混合，单角吸附模式Zn-Ti距离为0.369nm，双角吸附模式Zn-Ti距离为0.335nm，单边吸附模式Zn-Ti距离为0.302nm，几何优化结果同EXAFS拟合结果一致。从能量上判断不同吸附模式在TiO2上吸附的难易程度发现常见的吸附模式中，双角吸附是最稳定的吸附模式，其次为单角吸附，最不稳定的吸附模式为单边/三角吸附模式，即稳定性顺序为：DC>SC>SE/TC。 |
| 学科主题 | 环境化学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-06-13 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/374]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨玉环. 重金属Zn（II）在锐钛型TiO2表面吸附机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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