納米羥基磷灰石的制備及其對鉛離子的吸附研究.pdf

1、納米羥基磷灰石(HAP)既是人體和動物骨骼、牙齒的重要組成部分，是一種重要的無機(jī)材料，也是用來治理污水和土壤污染的重要的環(huán)境功能材料。具有較高比表面積的HAP，是一種去除重金屬離子的高效吸附劑，同時又不會過多地引入其他雜質(zhì)離子，不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。由于HAP特有的結(jié)構(gòu)特性，它在去除重金屬離子（特別是鉛離子）時很容易發(fā)生Ca2+與Pb2+的離子交換反應(yīng)，同時生成穩(wěn)定性更高的鉛羥基磷灰石(PbHAP)。所以，我們可以通過Pb2+活化HA

2、P后再去吸附黃原酸鹽（黃藥），以期得到一個疏水性的表面，這對于HAP的浮選分離具有十分重要的意義。
　　 眾所周知，Cd2+是一種對人體有毒害作用的重金屬離子，特別是對人體的骨組織毒害作用較為明顯。HAP和CdHAP的溶度積常數(shù)對分析其吸附機(jī)理具有十分重要的作用。然而鎘羥基磷灰石(CdHAP)的溶度積常數(shù)(25℃)至今未見報道。所以，我們采用溶解度實(shí)驗方法，借助于Medusa軟件的模擬計算，對HAP和CdHAP的溶度積常數(shù)進(jìn)行測

3、定。
　　 本論文分別采用了溶膠-凝膠法、微波輔助液相沉淀法和水熱法成功地合成出HAP、PbHAP和CdHAP樣品。著重對HAP進(jìn)行化學(xué)組分分析、XRD表征和BET表征，結(jié)果表明:HAP的BET比表面積為51.49m2·g-1，粒徑為18.44 nm，屬于納米顆粒。通過對HAP和CdHAP樣品的溶度積測定，得出25℃下HAP(Ca10(PO4)6(OH)2)和CdHAP(Cd10(PO4)6(OH)2)的溶度積(log K)分別

4、為-78.0、-99.2，這對于磷灰石礦物去除含鉛或鎘等重金屬污水具有重要的指導(dǎo)意義。
　　 采用HAP作為吸附劑對Pb2+進(jìn)行了吸附研究，考察了吸附時間、pH值和初始Pb2+濃度等因素對吸附效果的影響，并探討吸附機(jī)理。結(jié)果表明:HAP對Pb2+具有很好的吸附效果，去除速率很快，120 min可以達(dá)到吸附平衡，吸附過程符合擬二級動力學(xué)方程，吸附類型符合Langmuir等溫吸附模型，最大吸附量為515.61 mg·g-1。pH值對

5、吸附過程影響最大，吸附機(jī)理較為復(fù)雜:當(dāng)pH值在2.92～4.54時，Pb2+的去除是由于HAP溶解再生成PbHPO4沉淀所致;當(dāng)pH值在4.54～7.38時，Pb2+的去除是由Pb3(PO4)2沉淀生成所致;當(dāng)pH值在7.38～7.93時，Pb2+的去除為生成PbHAP沉淀所致;當(dāng)pH=8.86時，HAP對Pb2+的去除機(jī)理為生成Pb(OH)2沉淀所致。
　　 借助于ATR/FTIR技術(shù)，我們研究了黃藥在鉛離子活化后的磷灰石(以

6、下簡記為Pb-HAP)和PbHAP表面的吸附過程，同時通過接觸角實(shí)驗研究了Pb-HAP吸附黃藥后其表面的疏水性過程。結(jié)果表明:Pb-HAP和PbHAP對黃藥的吸附過程分別在90 min和150 min可以達(dá)到吸附平衡;吸附過程分別符合擬一級和擬二級反應(yīng)動力學(xué)方程;最大吸附量分別為182.98 mg·g-1和596.48 mg·g-1;10 min和180 min后黃藥在Pb-HAP和PbHAP表面脫附過程基本達(dá)到平衡，脫附率分別為16.