目前，中國的水污染可分為有機污染和無機污染。有機污染物主要是有機物、多環(huán)芳烴和農藥。目前，水中已檢測出2200多種有機化合物，部分有機化合物已被證明具有致癌、致畸、致突變作用。無機污染主要是重金屬離子造成的，如鉛(Pb)、汞(Hg)、鉻(Cr)、鎘(Cd)等無機物，可使人中毒生病。在污水處理過程中，傳統(tǒng)的水污染處理技術存在材料二次污染、使用壽命短、再生困難等突出問題。因此，高效、可持續(xù)的污水處理新材料成為世界范圍內探索的焦點。

鈦酸鹽納米材料(TNM)是由具有共享邊緣的TiO6A多面體組成的結構。TNM因其高比表面積、良好的結構穩(wěn)定性和離子交換能力而受到廣泛關注，并在儲氫、鋰電池和光催化等一系列領域得到廣泛研究和應用。作為光催化劑，TNM可以降解氨、堿性染料和化學戰(zhàn)劑。作為吸附劑，TNM能有效吸附有毒重金屬陽離子、有機金屬陰離子(如二十二烷酸根和辛二烷酸根)、有機污染物(如堿性染料等)。).

TNM不僅具有優(yōu)異的光催化和吸附性能，還具有良好的沉降性、易脫附性和環(huán)保性。本文詳細介紹了TNM在水污染治理中的應用和發(fā)展，為TNM在水環(huán)境污染領域的應用提供理論指導。

首先，鈦酸鹽納米材料對水中污染物的去除效果

1.1鈦酸鹽納米材料作為吸附劑

有效去除水中的重金屬離子對保護環(huán)境和公眾健康非常重要。水熱法合成的TNM具有靈活的層間距、萊文離子交換容量、高比表面積和高密度。在表面上，TNM對各種水污染物表現出優(yōu)異的吸附效果。根據朱等的實驗，具有吸附放射性陽離子的能力，有毒的放射性陽離子(Sr2+和Ba2+)可以通過離子交換永久捕獲在鈦酸鹽納米纖維中，從污染水中分離出來，陽離子從吸附劑中釋放出來。因此，TNM作為吸附劑不會造成二次污染。

根據鈦酸鹽材料與染料之間的離子交換機制或靜電力，TNM對不同的有機染料，如亞甲基藍、堿性綠5和堿性紫10表現出優(yōu)異的吸附性能，主要是因為納米花的層狀納米結構可以保持較高的表面積，并對水流提供必要的機械魯棒性，從而增強了TNM的吸附能力。

1.2鈦酸鹽納米材料作為催化劑

唐等將Ag+以納米尺度(~1nm)均勻分布在鈦酸鹽層間，形成鈦酸鹽復合薄膜光催化劑。鈦酸鹽薄膜在可見光下對甲基橙(MO)的降解具有光催化活性，在可見光照射160min后，MO可以完全降解。鈦酸鹽薄膜的高光催化活性歸因于Ag納米粒子的有效電子-空穴分離。樣品循環(huán)使用后仍具有良好的光催化活性，光催化性能的下降是由于催化劑在循環(huán)使用過程中的損失造成的。這表明TNM是一種穩(wěn)定的可見光光催化劑。

陳等發(fā)現TNT (60~70%)的光催化活性高于P25(53%)和原銳鈦礦型(37%)。H-鈦酸鹽和復合纖維(覆蓋有銳鈦礦納米晶體的鈦酸鹽納米纖維)也是在紫外光下降解和合成染料的高活性光催化劑。華等觀察到質子化吸附的MB和RhB在紫外光照射下可有效降解，240min后去除率分別為99.9%和92.7%，表明對水中染料的去除具有較高的光催化活性和去除率。

二、鈦酸鹽納米材料去除水中污染物的影響因素

2.1準備條件

TNM源于二氧化鈦納米粒子的堿性水熱處理，其形貌和性質受到合成條件(包括溫度、反應時間和堿液濃度)的強烈影響。

溫度和反應時間對TNM的結構、形貌和吸附性能有重要影響。熱反應中NaOH的濃度也會極大地影響TNM最終產物的形貌。NaOH濃度的變化會導致鈦酸鹽材料的三種不同形成機制，晶相會是TiO2和鈦酸鹽的混合相、單斜鈦酸鹽和非晶材料。TNM的形貌和晶相的不同會導致BET比表面積和孔容的不同，從而導致對重金屬離子的吸附行為不同。表面活性劑的加入會降低TNM的比表面積、孔徑和孔容，有效提高TNM的吸附性能。

2.2外部環(huán)境因素

外界環(huán)境如水溫、pH值、鈉離子含量、污染物濃度、共存離子等都會影響TNM的吸附性能。

溫度對合成TNM的形貌和性能也有一定的影響。隨著水熱處理溫度的升高，TNM的吸附量增加，這主要是由于形成了層狀鈦酸鹽材料，如納米管和納米棒。這些層狀鈦酸鹽在層間空間有大量的離子交換位，因此吸附能力增強。

pH會影響TNM的Zeta電位和重金屬離子的存在形態(tài)，進而影響催化劑的表面負載、金屬形態(tài)和金屬電離度，進而影響吸附容量和吸附機理。因此，pH是影響TNM吸附性能的最重要因素之一。TNT是一種帶負電的顆粒，pH值高于3，所以pH值高時更容易吸附帶正電的Cu(II)離子。

在實際污染水中，多種重金屬離子通常共存，共存的金屬離子對TNT吸附有協同作用。無機離子的存在大大增加了納米材料的水力直徑(Z平均尺寸)和ζ電位。一般來說，離子強度對TNM的影響主要表現在以下幾個方面:

(1)通過Zeta電位的變化，改變TNT雙電層的結構，

(2)減小水合離子的半徑，

(3)活性位點與金屬離子的競爭。

3.鈦酸鹽納米材料去除水中污染物的機理

3.1吸附機理

TNM的吸附機理主要包括離子交換、表面絡合、化學沉淀和靜電吸引。

大多數學者認為，TNM對陽離子的吸附機理主要是金屬陽離子與Na+在材料層間的交換，其交換容量與材料中Na+的量成正比。李等探索了硝酸活化的鈦酸鈉晶須對Pb(II)和Cu(II)的吸附和解吸行為，發(fā)現其機理可能是Pb(II)和Cu(II)與Na+交換形成穩(wěn)定的鈦酸金屬鹽。

劉等[HL]在實驗中發(fā)現，多層鈦酸鹽納米管(TNTs)對Cr(III)有很高的吸附能力，吸附量高達88.99 mg/g，當Cr(III)和Cr(VI)共存時，TNTs在pH3~6范圍內對Cr(III)和Cr(VI)的吸附有協同作用。當PH=5為5，TNTs用量為0.6g/L時，與單元體系相比，Cr(III)的吸附量從56.3mg/g增加到82.1mg/g，Cr(VI)的吸附量從0增加到9.8mg/g。因此，Cr(III)的吸附量與TNTs中Na+的含量呈線性關系。而雙層吸附只有在Cr(III)和Cr(VI)共存時才會發(fā)生，Cr(III)和Cr(VI)首先聚集形成離子團簇，然后Cr(III)-O-Cr (VI)被吸附在TNTs上的Cr(III)橋接。

TNM對金屬陰離子(As(III)、As(V)等)的吸附機理。)不同于陽離子，吸附機理主要是內表面絡合。對于有毒重金屬離子，TNM比其他常用吸附劑具有更強的吸附性能，TNM經過簡單處理后可以有效重復使用。吸附過程結束后，易于與水溶液分離，水中排出的氫離子對環(huán)境無害，表明TNM在重金屬污染廢水處理領域具有很大的應用前景。

3.2催化機制

光催化過程一般包括以下幾個步驟:光照下e-/h+的分離、染料吸附、氧化還原反應和產物的脫附。據黃等報道，TNF、TNT和對染料的飽和吸附量分別為4.6e-mol/g、2.5e-4mol/g和1.7e-5mol/g。

顯然，TNF的高吸附量有利于光催化活性，因為染料分子必須先吸附在吸附劑表面，然后再分解。此外，TNF具有高表面積和其表面上高密度的功能性輕基團。因此，TNF有更多的活性位點來吸附更多的分子O2、水和染料分子。被吸附的分子O2可以有效地捕獲光生電子，形成活性氧物種，從而提高光催化活性。較高的表面積和較小的顆粒尺寸可以減少體電荷載流子的復合，并確保e-/h+逃逸到表面。導致更高光催化活性的第三個因素是更小的帶隙。TNF、TNT和TNW的帶隙分別為3.50eV、3.57eV和3.73eV。更小的帶隙意味著吸附劑可以吸收更高波長的光，因此它更具光電性。

在光催化的末期，回收光催化劑是非常重要的。通過沉降顆粒可以實現低成本的催化劑分離過程。Saliby等人研究了TNM的沉降，發(fā)現沉降30分鐘后濁度去除率可達80%左右，沉降2小時后去除率提高到90%。TNM的快速沉降是其應用于廢水光催化的另一個優(yōu)點。

三。結論。

TNM作為一種新型納米材料，具有吸附容量高、沉降性能好、脫附速率快、再生能力強、合成容易、價格低廉、來源廣泛等特點。它是一種良好的重金屬吸附材料，在水環(huán)境污染領域具有廣闊的應用前景。

TNM的主要研究方向是光催化和吸附。TNM因其獨特的晶體結構和物理化學性質、較大的層間距、可調的晶格參數和較強的離子交換能力，可以作為一種高效的吸附劑。由于它們的寬禁帶(3.4~3.7eV)和優(yōu)異的光學性能，它們具有很高的光催化活性。

對TNM進行了一些研究，但大多數仍是實驗室研究。如果需要產業(yè)化并在工程上大規(guī)模應用，需要開展以下工作:

(1)現在的重金屬污染(如Pb(II)、Cd(II)、Cr(IV)、Hg(II)、Ni(II)等。)越來越嚴重了。多種重金屬離子共存，需要研究不同金屬離子的競爭以及常見無機離子對吸附的影響。因此，多金屬體系在實際環(huán)境中的模擬類似于重金屬廢水，這使得研究具有更深刻的現實意義。

(2)大多數研究都是以晶態(tài)TiO2為前驅體材料制備TNM，這使得TNM合成法的重現性高度依賴于TiO2原料，而TiO2較窄的帶隙限制了387nm以下紫外光的電子和空穴的產生。因此，合成具有更寬光吸收和更低電荷復合率的TiO2基材料將是開發(fā)更高效光活性材料的重要一步，從而提高TNM的光催化活性，拓展其在水處理等環(huán)境污染領域的應用。

(3)目前TNM的制備是基于水熱處理，其吸附量隨著水熱處理溫度的升高而增加。但在實際應用中，提高溫度會增加成本。因此，有必要研究提高常溫處理效率的方法。(來源:福州大學土木工程學院福建閩科環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司)

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