低分子量有機酸對納米羥基磷灰石固定水溶液中鉛離子的影響研究.pdf

1、納米羥基磷灰石與常規(guī)體相材料相比,比表面積大、表面原子數(shù)多且配位不飽和,使其表面形成大量懸空鍵和不飽和鍵,因而具有極高的表面活性。因此,納米羥基磷灰石對重金屬離子的固定能力應(yīng)大大超過普通含磷材料。本論文研究了納米羥基磷灰石對水溶液中鉛離子的固定效果和機理;探討了低分子量有機酸在納米羥基磷灰石表面上的吸附行為及其對含磷材料固定水溶液中鉛離子的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)分別采用中和反應(yīng)法和溶膠-凝膠法合成了兩種不同粒度和

2、結(jié)晶度的納米羥基磷灰石nHAP(A)和nHAP(B),結(jié)晶度為:nHAP(A)＜nHAP(B)。將nHAP(A)和nHAP(B)用于去除水溶液中的鉛離子,研究了吸附時間、溶液pH值等因素對納米羥基磷灰石固定Pb2+的影響,并通過測試溶液pH的變化,進行XRD和TEM分析,研究了納米羥基磷灰石對Pb2+的固定機理。結(jié)果表明:nHAP(A)和nHAP(B)對Pb2+的去除能力隨著溶液pH值的升高而降低;在pH值為2～4時,兩種材料對Pb2+

3、的去除效果最好;當(dāng)Pb2+濃度為500mg/L時,由中和反應(yīng)法合成的納米羥基磷灰石nHAP(A)對Ob2+的去除能力是溶膠-凝膠法合成的納米羥基磷灰石nHAP(B)的1.5倍。選用固定鉛能力較強的nHAP(A)用于對不同濃度鉛溶液進行動力學(xué)研究,并測試反應(yīng)過程中溶液pH值的變化,觀察到在反應(yīng)初始階段溶液的pH值出現(xiàn)快速下降,這表明納米羥基磷灰石對鉛的固定不但存在溶解-沉淀機制,還存在著表面配位作用,Pb2+能夠和納米羥基磷灰石表面的≡P

4、OH配位;XRD分析研究表明溶解-沉淀過程中出現(xiàn)中間相Pb(10-x)Cax(PO4)6(OH)2(PbCaHAP),pb2+離子主要占據(jù)Ca(Ⅱ)位;通過TEM觀察到納米羥基磷灰石固定Pb2+的最終產(chǎn)物為生物有效性極低的Pb10(PO4)6(OH),2(PbHAP)。以上結(jié)果表明,納米羥基磷灰石能夠?qū)︺U進行有效的固定,其中結(jié)晶度較低的nHAP(A)具有較強的反應(yīng)性能,而且中和反應(yīng)合成納米羥基磷灰石方法簡便易操作,便于大規(guī)模生產(chǎn),使其在

5、鉛污染治理中具有更好的應(yīng)用前景。
　　 (2)研究了納米羥基磷灰石對有機酸的吸附,以及有機酸對納米羥基磷灰石和磷礦粉固定鉛離子的影響。結(jié)果表明,由中和反應(yīng)法合成的納米羥基磷灰石nHAP(A)對草酸、蘋果酸和檸檬酸有較強的吸附能力,遠(yuǎn)高于由溶膠-凝膠法合成的納米羥基磷灰石nHAP(B)。通過研究乙酸、草酸、蘋果酸、檸檬酸和EDTA對nHAP(A)和nHAP(B)以及磷礦粉(PR)固定鉛離子的影響發(fā)現(xiàn):有機酸濃度低于5 mmol/L

6、時,有機酸的存在提高了nHAP(B)和PR對鉛離子的去除效果,且在有機酸為1 mmol/L時達(dá)到最高值;機酸濃度較高(＞5 mmol/L)時,乙酸、蘋果酸、檸檬酸和EDTA均抑制了nHAP(B)和PR對鉛離子的固定,抑制能力的強弱順序為EDTA＞檸檬酸＞蘋果酸＞乙酸;草酸的存在提高了nHAP(B)和PR對鉛離子的固定效果;XRD分析表明,草酸是以生成草酸鉛沉淀的方式提高了鉛離子的固定;但是中和反應(yīng)法合成的結(jié)晶度較低的nHAP(A)對鉛離