碳羟磷灰石的制备及对制革废水中铬离子的吸附研究

摘要

制革工业是重污染行业之一，其中制革废水的成分复杂、pH值高且有一定毒性，直接排放对环境的污染严重。对制革废水的污染物处理及回收利用，一直在不断研究提高中。六价铬离子是制革废水中的污染物之一，它是一种毒性很强的重金属，其毒性远大于三价铬。六价铬离子对动物、植物和人体都有毒害作用。摄入过多六价铬，可能会致畸、致癌、致突变，损害人的肝脏、胃等部位。六价铬是我国重点整治的第一类污染物之一，对含铬废水的处理是备受关注的问题之一。吸附回收法是有效的处理方法之一，因此寻找原料广泛、制备成本低、再生性好、可重复使用且无二次污染的吸附剂，越来越受关注。碳羟基磷灰石（CHAP）因其特有的晶体结构和表面特性，且由于含有CO32-，使其比羟基磷灰石(HAP)，具有更好的离子吸附性能，能够更好地处理废水中六价铬。
　　 本文采用沉淀法制备不同CO32-含量的CHAP。以K3PO4、Ca(NO3)2、K2CO3、KOH为原料，通过改变反应过程中K2CO3用量，利用沉淀法合成不同CO32-含量的CHAP粉末。利用X射线衍射、透射电镜和傅里叶红外分析了不同CO32-含量对CHAP晶体结构的影响。结果表明：所制产物的FTIR图谱中都含有CO32-的两个分裂峰，区别于其他碳酸盐中的CO32-单峰，证明了沉淀法制得的产物都是CHAP。由X射线衍射、透射电镜分析可知，随着CO32-含量的增加，CHAP的结晶度随着降低，晶粒尺寸、晶粒长径随着减小。
　　 利用制备的不同CO32-含量的CHAP，对溶液中六价铬离子进行吸附，分析了pH值、CHAP用量、吸附时间、吸附温度、CO32-含量对吸附效果的影响。根据CHAP对六价铬离子的吸附数据，绘制了吸附等温线，并对吸附过程的吸附热力学和吸附动力学进行了分析。然后对吸附了六价铬离子的CHAP分别用1.0mol/L的NaNO3和体积分数为10％的H2SO4进行解吸附处理，分析其再生性。最后用CHAP对制革废水中六价铬进行吸附，分析其他离子的影响，并对六价铬离子进行回收。分析结果表明：CHAP对六价铬离子具有较强的吸附作用：用CO32-含量为5.14％的CHAP吸附六价铬，去除率可达94.16％左右。pH值、CHAP用量、吸附时间、吸附温度中，pH值对CHAP吸附性能影响最大，它们对CHAP吸附六价铬离子的影响大小为pH值＞CHAP的用量＞吸附时间＞吸附温度。随着CO32-含量的增加，CHAP对六价铬离子的吸附效果增强。CHAP对六价铬离子的最佳吸附条件为：吸附温度为常温，吸附搅拌时间为30min～40min，pH值为5左右。CHAP对六价铬离子的吸附等温线基本符合Langmuir和Freundlich两种模式。热力学分析表明，CHAP对六价铬离子的吸附属于自发性的吸热反应。动力学分析表明，CHAP对六价铬离子的吸附，可以用Elovich方程、双常数方程、准一级动力学模型、准二级动力学模型来描述，其中准二级动力学模型描述最佳，且吸附过程属于化学吸附。吸附机理分析表明，CHAP对六价铬离子的吸附存在化学吸附和物理吸附，主要是离子交换、表面吸附。再生性实验表明：CHAP具有良好的再生能力，且可以重复使用，用体积分数为10％的H2SO4处理的CHAP，再生率最高可达94.82％。制革废水处理表明：CHAP对废铬液和总污水分别处理，可以达到很好吸附效果，去除率最高可达分别为99.73％、99.24％，解吸附后的Cr6+，可以回收利用。