多孔磷酸盐陶瓷的制备及吸附性能研究

摘要

随着经济的迅速发展以及工业规模的增大，工业生产过程中随之产生的重金属废水也越来越多。由于重金属离子具有较高毒性、超强的渗透性且不易去除等特点，能很轻易的在动植物体内积累起来；同时因为食物链本身具有的放大特点，使这些重金属可能最终大量积聚于人体内，威胁人体健康。因此，重金属污染治理成为众所关注的焦点，而如何能实现对重金属离子的稳定化是消除重金属污染的主要手段之一。化学结合磷酸盐陶瓷，又称磷酸盐水泥，目前常用于重金属离子的快速固化，其与重金属离子有着较好的结合能力，可有效降低重金属离子的浸出率。因此，本文拟在此基础上，通过各种物理、化学手段，制备多孔磷酸盐陶瓷颗粒，提高材料的比表面积，使之更有利于重金属离子进入材料内部，有效的提高材料的吸附性能，从而为重金属污染治理提供相应的理论和技术支撑。　　本论文以化学结合磷酸盐陶瓷为基体，使用发泡剂制备多孔磷酸盐陶瓷并研究对重金属铜、铅、铬、镉离子的吸附性能。主要通过氮吸附、X射线衍射、电镜等方法，研究不同的镁磷比、发泡剂掺量对多孔磷酸盐陶瓷孔结构、孔径分布曲线、比表面积、物相、微观结构的影响，同时对重金属离子铜、铅、铬、镉废液的吸附性能及吸附原理研究。为探讨多孔磷酸盐陶瓷吸附性能的优化，对其进行了改性，主要研究了改性剂浓度、改性温度和改性时间对改性多孔磷酸盐陶瓷、孔结构、孔径分布和比表面积的影响，同时也对重金属铜、铅、铬、镉离子的吸附性能及吸附原理研究。　　研究结果表明，镁磷比为1，发泡剂NaHCO3掺量为3%的多孔磷酸镁陶瓷比表面积达到了67.085m2/g，且孔集中分布在3nm-10nm之间，随着M/P的增大其比表面积下降，未掺发泡剂的样品其比表面积只有 8.255m2/g，而掺量在 5%的样品的比表面积能够达到114.204m2/g，可见通过发泡剂可有效增大材料的比表面积。对重金属铜、铅、铬、镉离子最高的吸附量分别为69.031mg/g、93.654mg/g、56.026mg/g和59.124mg/g，且这些吸附原理全部符合符合准二级动力学方程，即化学吸附。　　通过微波水热对多孔磷酸盐陶瓷进行改性，以M/P为1，发泡剂掺量为3%的多孔磷酸盐陶瓷为改性基体，当水热温度为150℃、保温时间为30min，改性后比表面积最大的样品的比表面积达到了129.224m2/g，比原样品增大62.139m2/g。改性后的多孔磷酸盐陶瓷对重金属铜、铅、铬、镉离子最高的吸附量为 20.007mg/g、97.728mg/g、60.609mg/g 和 49.126mg/g，且全部符合符合准一级动力学方程，即物理吸附。而造成这些改变的主要原因可能是改性过程中由于温度过高导致部分结晶鸟粪石发生分解，导致鸟粪石量的减少，吸附性能下降，表明鸟粪石在重金属离子的吸附起到了主要的作用。　　综上所述，采用化学结合磷酸盐陶瓷制备多孔陶瓷材料，可实现对重金属离子的有效吸附；同时通过水热改性，可有效提高其比表面积，但在吸附性能的提高方面，仍需进一步研究。本研究可为重金属污染的治理提供新的材料，从而为更好的实现环境安全。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 重金属废水的处理办法

1.2.1 化学法

1.2.2 生物法

1.2.3 物理化学法

1.3 常用吸附剂的研究现状

1.3.1 无机吸附剂

1.3.2 有机吸附剂

1.4 化学结合磷酸盐陶瓷

1.5 实验的研究思路和内容

1.5.1 主要研究思路

1.5.2 主要研究内容

2 实验原料、设备及方法

2.1 实验原料和仪器设备

2.1.1 实验原料

2.1.2主要仪器及设备

2.2 试验方法和测试方法

2.2.1 实验样品制备方法

2.2.2 分析测试方法

3多孔磷酸盐陶瓷的制备及吸附性能研究

3.1 M/P对多孔磷酸盐陶瓷基体及吸附性能的影响

3.1.1 M/P对多孔磷酸盐陶瓷的比表面积和孔径分布的影响

3.1.2 M/P比对多孔磷酸盐陶瓷形貌和物相的影响

3.1.3 M/P对多孔磷酸盐陶瓷吸附的影响

3.2 发泡剂掺量对多孔磷酸盐陶瓷基体及吸附性能的影响

3.2.1 发泡剂掺量对多孔磷酸盐陶瓷的比表面积和孔径分布的影响

3.2.2 发泡剂掺量对多孔磷酸盐陶瓷形貌和物相的影响

3.2.3 发泡剂掺量对多孔磷酸盐陶瓷吸附的影响

3.3 多孔磷酸盐陶瓷吸附原理的探究

3.3.1 多孔磷酸盐陶瓷对铜废液的吸附原理探究

3.3.2多孔磷酸盐陶瓷对铅废液的吸附原理探究

3.3.3多孔磷酸盐陶瓷对铬废液的吸附原理探究

3.3.4多孔磷酸盐陶瓷对镉废液的吸附原理探究

3.4本章小结

4对多孔磷酸盐陶瓷改性及吸附性能研究

4.1多孔磷酸盐陶瓷的改性

4.1.1改性剂浓度的影响

4.1.2改性温度的影响

4.1.3 改性时间的影响

4.2 改性吸附剂的吸附原理探究

4.2.1改性吸附剂对铜废液的吸附原理探究

4.2.2 改性吸附剂对铅废液的吸附原理探究

4.2.3 改性吸附剂对铬废液的吸附原理探究

4.2.4 改性吸附剂对镉废液的吸附原理探究

4.3本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果