生物礦化過(guò)程的模擬及在水體除磷中的應(yīng)用.pdf

1、磷是水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要因素，如何減少磷的排放，已經(jīng)成為保護(hù)水體的重要課題。在各種除磷方法中，結(jié)晶除磷法是一種較可行的深度處理方法。但該法也有一最大不足，即要求被處理水體呈堿性，否則無(wú)法有效進(jìn)行磷的去除。 課題的目的，就是想通過(guò)對(duì)天然骨質(zhì)材料生物礦化過(guò)程的模擬，尋找出一種能在近中性條件下正常生成羥基磷灰石的方法。實(shí)驗(yàn)室建立生物礦化過(guò)程的模擬和表征方法，并借此確立以高分子纖維束為載體制備生物模板并實(shí)現(xiàn)模擬生物礦化過(guò)程在水體除磷中的

2、應(yīng)用價(jià)值。我們認(rèn)為利用模擬生物礦化過(guò)程去除水體中的磷，對(duì)擴(kuò)大結(jié)晶除磷法的使用條件、探討水體中的磷的形態(tài)轉(zhuǎn)化，都有著非常積極的作用。 本文首先進(jìn)行熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)的計(jì)算。在含有鈣和磷的溶液中，根據(jù)pH值和溶液組成，會(huì)形成很多磷酸鈣相。先驅(qū)相是物化性質(zhì)不穩(wěn)定的無(wú)定形物質(zhì)，HAP通常很難直接在溶液中形成。通過(guò)計(jì)算證明pH=7.4時(shí)，HAP熱力學(xué)最穩(wěn)定，pH值在中性及堿性范圍內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，越易得到單一的HAP晶體。從動(dòng)力學(xué)的角度去考

3、慮溫度對(duì)礦化過(guò)程的影響。采用線性回歸分析的方法求出不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)七值及反應(yīng)的活化能。計(jì)算證明反應(yīng)速率比較快，溫度對(duì)反應(yīng)有一定的影響，從而為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的研究提供了理論支持。 從仿生合成的思路出發(fā)，以高分子纖維束作為模板載體，選擇具有不同活性基團(tuán)的表面活性劑，利用表面活性劑在纖維束表面的吸附特性將其吸附在高分子纖維束表面，完成生物礦化模板的制備。通過(guò)對(duì)吸附平衡時(shí)間、飽和吸附量的考察，探討了模板制備的最優(yōu)化條件。通過(guò)繪制體系

4、的吸附等溫線，并對(duì)吸附曲線進(jìn)行線性擬合，探討了表面活性劑在固體表面的吸附機(jī)理。 靜態(tài)模擬生物礦化過(guò)程，并探討了其在水體除磷中的應(yīng)用。以實(shí)驗(yàn)室自配模擬體液為反應(yīng)介質(zhì)，在自制生物礦化模板上，在近生物體環(huán)境下(37℃，pH=7.4)，合成了與生物體內(nèi)骨質(zhì)成分相似的羥基磷灰石晶體。利用紅外光譜、掃描電鏡、透射電鏡、熱重分析等對(duì)合成HAP的晶相轉(zhuǎn)變、微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了研究，建立了完整的HAP成分及形貌分析方法。 實(shí)驗(yàn)考察模板

5、預(yù)鈣化、預(yù)置晶種、水體pH、Ca/P、振蕩速度等對(duì)生物礦化過(guò)程的影響。結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化選擇，可以顯著增強(qiáng)生物礦化模板的特性，增強(qiáng)其對(duì)礦化液中構(gòu)晶離子的富集能力，有利于礦物晶體的迅速成核和晶體生長(zhǎng)，縮短礦化時(shí)間，提高除磷效率。實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)化條件:模板預(yù)置晶種、pH保持不變、Ca/P=3:1、振蕩速度為120rad·min-1。在此條件下，選擇實(shí)驗(yàn)室配置模擬含磷水體以及生活污水等實(shí)際水樣，進(jìn)行水體除磷實(shí)驗(yàn)，48h后出水磷濃度達(dá)