不同类型羟基磷灰石的制备及其对重金属离子吸附行为的研究

摘要

羟基磷灰石(HAP)是一种具有良好生物相容性的生物材料。碳羟基磷灰石是一种含结构碳酸根的羟基磷灰石,因为CO32-的进入使羟基磷灰石结构发生明显畸变,其结晶度下降,颗粒分散性好且小,有较大的比表面积及有效表面活性,对重金属的吸附具有优势,是一种新型环境功能材料。
　　 本实验采用溶胶-凝胶法合成了普通羟基磷灰石和普通碳羟基磷灰石,并采用二氧化碳模版法合成了花状表面的球状碳羟基磷灰石。用XRD、TEM、SEM、IR、BET等常规手段对所制备的不同类型的羟基磷灰石进行了表征。结果表明用溶胶-凝胶法制得的羟基磷灰石比表面积为61.77m2/g,粒径为30.12nm的纳米级的羟基磷灰石颗粒。用溶胶-凝胶法合成了含碳羟基磷灰石,加入的(NH4)2CO3是碳酸根的主要来源,改变(NH4)2CO3加入量合成了五种羟基磷灰石,红外光谱显示,除加入量最少的那组样品外,其余的四种均出现结构碳酸根的峰,说明这四种都是碳羟基磷灰石,且合成的样品为分散性良好,比表面积均大于50m2/g,且孔容均大于0.13cm3/g,孔径分布在10～20之间,属于中孔,说明制得的CHAP样品带孔且比表面积大,有利F对污染物的吸附。用二氧化碳模版法合成了含碳的花状羟基磷灰石,SEM显示样品表面为花状的枝状片晶结构,样品颗粒呈不规则球形,样品带有少量的OCP相,而反应时间越长,OCP相越少,样品纯度越高。BET测得样品比表面积在20～30 m2/g,比表面积较小,粒径为微米级。
　　 从废水中去除有毒重金属离子是水污染治理的热门领域,重金属污染能造成水体的退化。众多的金属如铬、汞、铅、铜、镉、锌、镍等,是众所周知的有明显毒性物质。羟基磷灰石作为一种有效的吸附剂,具有较高的固定稳定性已经被报道。本文中,选用自己合成的普通羟基磷灰石、普通碳羟基磷灰石和花状碳羟基磷灰石作为吸附剂,羟基磷灰石对Cu2+和Ni2+,普通碳羟基磷灰石对Cu2+和Zn2+进行了吸附研究,考察不同时间、不同金属离子浓度、不同pH以及不同温度对金属离子吸附的影响,并初步探讨了吸附机理。结果表明:羟基磷灰石和碳羟基磷灰石对三种金属离子的吸附部符合拟二级动力学方程,60分钟即可达到吸附平衡;温度对吸附效果影响很小;随pH值增大,吸附量逐渐增大,低pH值下,金属离子的去除一般是羟基磷灰石对其的吸附作用,高pH值金属离子的去除是由化学沉降和羟基磷灰石吸附协同作用的结果;吸附等温类型部属于Langmuir型吸附等温线;羟基磷灰石对Cu2+和Ni2+的吸附能力是Cu2+＞Ni2+;碳羟基磷灰石对Cu2+和Zn2+的吸附能力是Cu2+＞Zn2+;羟基磷灰石对Cu2+的吸附能力大于碳羟基磷灰石对Cu2+的吸附能力,原因是羟基磷灰石的比表面积大,说明比表面积是影响吸附量的因素之一。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 羟基磷灰石和碳羟基磷灰石晶体化学特性

1.2 羟基磷灰石和碳羟基磷灰石的制备研究

1.2.1 羟基磷灰石制备

1.2.2 大孔碳羟基磷灰石制备

1.3 去除废水中重会属离子技术的发展概述

1.3.1 吸附法

1.3.2 膜过滤法

1.3.3 离子交换法

1.3.4 电化学法

1.3.5 浮选法

1.3.6 化学沉降法

1.4 本课题研究的目的和研究的内容

1.4.1 研究的目的

1.4.2 研究的内容

第二章 不同类型羟基磷灰石的制备及表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 试剂与仪器

2.2.2 样品的制备

2.2.3 样品的表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 普通羟基磷灰石的表征

2.3.2 碳羟基磷灰石的表征

2.3.3 花状碳羟基磷灰石的表征

2.4 本章小结

第三章 不同类型羟基磷灰石对重金属离子的吸附

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 试剂与仪器

3.2.2 溶液的配制

3.2.3 实验方法

3.2.4 Cu2+、Ni2+和Zn2+标准曲线的绘制

3.2.5 不同类型羟基磷灰石对金属离子的吸附

3.2.6 Zeta电位分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 Zeta电位

3.3.2 普通羟基磷灰石对Cu2+和Ni2+的吸附

3.3.3 600℃煅烧的普通碳羟基磷灰石对Cu2+和Zn2+的吸附

3.3.4 不同类型羟基磷灰石对Zn2+的吸附

3.4 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

附录