废弃腻子粉-羟基磷灰石复合粉体的制备、表征及应用

摘要

建筑垃圾是当前世界上最大的垃圾源之一。有资料显示，我国每年产生的建筑垃圾总量约为20亿吨，其额外占用土地约140万亩。建筑垃圾的危害也是多方面的。一方面，建筑垃圾的堆放会占用土地，提高土地的碱性，影响土地性质，进而对水体和大气环境造成严重污染;另一方面，由于建筑垃圾尚无有效的处理方法，往往无序堆放，影响城市形象。目前，如何高效地处理和利用建筑垃圾已经成为相关研究方向的一个重要课题。再生利用是实现高效处理和利用建筑垃圾的重要方法。然而，目前有关建筑垃圾的再生利用研究工作往往都聚焦在再生粗、细骨料的循环利用，而对于粉体垃圾，如废弃腻子粉研究较少，缺少新颖思路。
　　本文聚焦建筑粉体垃圾废弃腻子粉的高附加值再利用，通过化学沉淀法合成新型腻子粉-羟基磷灰石复合材料(PP-HAP)。分析了腻子粉-羟基磷灰石复合材料的合成机理，测试了调湿性能和重金属离子吸附能力。
　　以废弃腻子粉和磷酸氢二铵((NH4)2HPO4）为原材料，采用化学沉淀法合成腻子粉-羟基磷灰石复合粉体，使用SEM、XRD、BET、EDS等微尺度表征仪器研究了钙磷比、搅拌时间、陈化温度、陈化时间、粒径尺寸和反应溶液pH值对其晶型和形貌的影响。通过SEM观察确定了钙磷比为1.67、搅拌时间1h两个参数。进一步研究发现，陈化时间和温度显著地影响着羟基磷灰石的晶型和产量，也即陈化时间越长，所制得的羟基磷灰石结晶度越好、腻子粉表面生成的羟基磷灰石量越多;陈化温度为50℃时更有利于羟基磷灰石的生成;本实验方法不局限与小颗粒腻子粉，较大粒径同样适用;反应溶液pH值在9.5左右时更有利于HAP的形成。
　　使用饱和盐溶液法制备环境仓测试了所制备的腻子粉-羟基磷灰石复合粉体的吸湿性能，结果表明，复合粉体的吸湿能力显著高于废弃腻子粉，吸湿能力与陈化时间正相关，也即陈化时间越长，吸湿能力越强。其中，陈化温度为50℃更有利于复合粉体吸湿性的增长。此外，复合粉体的吸附重金属能力也是本文的研究重点。使用分光光度计研究了吸附时间和起始离子浓度等因素对模拟污水中Ni2+的吸附性能，并分析了吸附机理。结果表明:相较于对照组，腻子粉-羟基磷灰石复合粉体对Ni2+的吸附能力大幅提高;陈化时间越长所制备的复合材料对Ni2+吸附能力越强，陈化温度为五十度组别的吸附能力强于八十度组和室温组;腻子粉-羟基磷灰石复合材料对Ni2+的吸附过程符合拟二级反应动力学方程的拟合结果;吸附Ni2+的实验数据分别利用Freundlich等温线模型和Langmuir等温线模型进行模拟，发现腻子粉-羟基磷灰石复合材料对Ni2+的吸附更符合Langmuir等温线方程;通过与其他吸附剂对比发现腻子粉-羟基磷灰石复合材料对Ni2+有着更好的吸附能力。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 建筑垃圾现状和对环境影响

1．2 国内外建筑垃圾的再生利用及研究概况

1．3 羟基磷灰石的性质和应用

1．3．1 羟基磷灰石的性质和晶体结构

1．3．2 羟基磷灰石的应用

1．4 羟基磷灰石的主要合成方法

1．4．1 干法

1．4．2 湿法

1．5 调试材料的研究现状

1．6 纳米羟基磷灰石对金属离子Ni2+的吸附

1．6．1 镍离子的环境污染问题

1．6．2 金属镍离子废水的处理

1．7 本课题的研究的目的和主要内容

1．7．1 研究目的及意义

1．7．2 研究主要内容

2 腻子粉-羟基磷灰石复合材料的制备和表征

2．1 引言

2．2 仪器和药品

2．2．1 实验材料及性能

2．2．2 实验器材

2．3 腻子粉-羟基磷灰石复合材料的制备方法

2．4 腻子粉-羟基磷灰石复合材料表征分析

2．4．1 SEM

2．4．2 XRD

2．4．3 EDS

2．4．4 BET

2．5 小结

3 PP-HAP对镍离子的吸附行为

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要试剂和仪器

3．2．2 实验方法

3．2．3 HAP对镍离子吸附动力学和热力学研究

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 分光光度法与标准曲线的测定

3．3．2 时间对吸附性能的影响

3．3．3 起始Ni2+浓度对吸附性能影响

3．3．4 PP-HAP吸附Ni2+的动力学研究

3．3．5 PP-HAP吸附Ni2+的热力学研究

3．4 结论

4 PP-HAP材料调湿性能的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要仪器和药品

4．2．2 试验方法

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 陈化时间对PP-HAP吸湿性能影响

4．3．2 陈化温度对PP-HAP吸湿性能影响

4．3．3 陈化时间对PP-HAP放湿曲线的影响

4．3．4 陈化温度对PP-HAP放湿曲线的影响

4．4 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

作者简介及读研期间主要科研成果