羥基磷灰石復合改性材料的制備及其除氟性能研究.pdf

1、飲水含氟量超標是全球范圍內(nèi)普遍存在的問題，在我國，飲水型地方性氟中毒嚴重威脅著人群健康，已經(jīng)成為一個急需解決的問題。本研究以沉淀法制備的羥基磷灰石為基體，制備得到一系列羥基磷灰石復合改性材料，研究了制備條件、理化特征、氟離子吸附特性及吸附機理。主要結果如下：
　　(1)采用共沉淀法合成了羥基磷灰石(HAP)，考察了不同因素對羥基磷灰石除氟效率的影響。得出最佳工藝條件：Ca/P=1:1.5、反應時間1h、反應溫度40℃、陳化溫度25

2、℃、陳化時間48h、焙燒溫度200℃、焙燒時間2h，并利用SEM、TEM、XRD、FTIR等表征手段對其進行了結構分析；吸附特性實驗研究表明：溶液最佳pH為5.0，0.05g處理50mL10mg/LF-溶液，最大除氟容量可達9.68mg/g，水溶液中Cl-、NO3-、SO42-均對除氟容量有一定的促進作用，CO32-與F-有一定的競爭吸附作用，PO43-對除氟容量影響較??；HAP對F-的吸附等溫線符合Langmuir模型，擬二級動力學模

3、型能較好地描述實驗結果，吸附及重復利用實驗表明，HAP吸附劑可以成為一種有潛力的飲用水除氟劑；
　　(2)為了提高HAP的除氟容量，利用Al-OH摻雜改性HAP制備了Al-OH-HAP復合材料，利用FTIR、SEM、XRD、BET等表征手段對Al-OH-HAP進行了分析，探討了Al-OH-HAP對水溶液F-的吸附特性。實驗結果表明：溶液pH值、吸附劑用量、常見陰離子、F-初始濃度對除氟容量均有一定影響；Langmuir吸附等溫線模

4、型可較好地描述Al-OH-HAP對F-的吸附過程，飽和吸附容量為36.15mg/g，且隨溫度升高飽和吸附量逐漸增大；整個吸附過程由顆粒內(nèi)擴散和化學作用聯(lián)合控制。經(jīng)過四次循環(huán)再生利用后，仍有較高的吸附容量；
　　(3)利用原位共沉淀法合成了殼聚糖/羥基磷灰石(CS/HAP)復合生物材料，并將其應用于水溶液中F-的吸附研究。通過SEM, XRD, FT-IR和 BET對吸附劑進行了理化特征分析；pH值對氟離子的吸附有著明顯的影響，在p

5、H值大約為6.0時，有最大吸附量；利用Langmuir和Freundlich吸附等溫方程對不同溫度下的吸附實驗數(shù)據(jù)進行了擬合，對比相關系數(shù)值，Langmuir模型能夠更好的描述該吸附過程，CS/HAP對F-的吸附符合擬二級反應動力學方程；計算了吸附熱力學和動力學參數(shù)值，探討了CS/HAP對F-的吸附機理；ΔG0和ΔH0為負值，ΔS0為正，表明該過程是一個自發(fā)吸熱熵增過程；遷移能E（7.639kJ/mol）<8kJ/mol說明物理吸附占優(yōu)

6、勢；但是，S*接近0（S*=0.002）、Ea為正，與化學吸附的特征相符，說明HAP/CS對F-吸附過程，物理和化學吸附都在發(fā)揮作用；
　　(4)通過原位共沉淀法制備得到Fe3O4/HAP復合材料（磁性HAP），并研究磁性HAP對水溶液中F-離子的吸附。與HAP吸附劑相比，F(xiàn)e3O4引入使吸附劑具有磁性，可用普通磁鐵將其從水溶液中分離回收二次使用。研究反應溫度、反應時間、陳化溫度、陳化時間和Fe3O4用量等因素對磁性HAP吸附F-

7、效果的影響。實驗結果表明：反應溫度60℃、反應時間1h、陳化溫度25℃、陳化時間12h以及Fe3O4用量為0.08g，制備得到磁性HAP對水溶液中的F-的吸附容量達到最大值為7.82mg/g。分別利用Langmuir和Freundlich等溫線模型進行模擬，實驗數(shù)據(jù)符合Langmuir等溫線方程，擬合得到最大吸附容量(qmax)為21.76mg/g。計算熱力學參數(shù)，如ΔGo、ΔHo和ΔSo表明磁性HAP對F-的吸附是自發(fā)進行的。磁性HA

8、P對F-的吸附符合擬二級反應動力學過程；
　　(5)利用Ag+負載改性HAP制備了Ag-HAP復合材料，考察其除氟抑菌性能，并利用FTIR對吸附前后Ag-HAP進行了理化特征分析，利用吸附熱力學和動力學研究了其對水溶液氟離子的吸附機理，該吸附反應過程是一個自發(fā)吸熱熵增過程；抑菌實驗表明，Ag-HAP對自來水的抑菌效果不低于30天；
　　(6)采用活性炭和羥基磷灰石共混，經(jīng)過活化燒結制得的羥基磷灰石活性炭復合顆粒材料，考察了H