软模板法合成羟基磷灰石及其吸附性能研究

纳米羟基磷灰石由于具有特殊的晶体结构和天然的孔道结构形成的微孔，具有良好的表面吸附性、离子交换性及热稳定性，成为近年来研究较多的新型的环境功能材料，并广泛应用于污染废水中重金属离子的去除。 表面活性剂作为模板剂在制备纳米材料过程中起到结构导向作用，对纳米材料的孔形、孔径及颗粒形貌等有重要影响。本论文通过改变模板剂种类、浓度、反应温度等因素来调控HA的形貌及孔结构，提高纳米HA的孔体积和比表面积。采用差热-热重分析（TG-DSC）、X射线衍射（XRD）、傅里叶转换红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）、N2吸附-脱附（BET）等分析手段研究了HA的显微组织结构。结果表明：采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板，制备的样品的形貌与pH值有较大影响，而受反应温度、模板剂的添加量的影响较小。在pH=9-11时，得到棒状HA，测得比表面积为24.78m2/g；而在pH=13时，形貌为球状，且样品为纯HA，测的比表面积为28.73m2/g；采用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）为模板，添加1g、2g、5gSDS制得粉体形貌为片状，测得比表面积分别为39m2/g、39.6m2/g、54.87m2/g，说明采用SDS为模板制得的样品的比表面积较大。 本研究中以Cu(NO3)2溶液为模拟废水，分别考察了两种不同类型羟基磷灰石对铜离子吸附能力。吸附结果表明：两种不同形貌的HA对Cu2+都具有较高的吸附性能。羟基磷灰石的吸附容量随着重金属离子的初始浓度的增大而增大，而去除率则呈相反的趋势；两种HA都具有快速去除能力，在吸附前15min，其去除率基本达到吸附平衡；Cu2+的去除率随着温度的升高而降低；随Cu2+溶液的pH值增大，Cu2+去除率增大。在相同条件下比较了两种羟基磷灰石对Cu2+吸附能力的强弱，结果表明片状羟基磷灰石对Cu2+的吸附能力大于棒状羟基磷灰石对Cu2+的吸附能力，并且HA的去除率及吸附容量随着比表面积的增大而增大，说明比表面积是影响吸附量的重要因素之一。 采用Langmuir方程、Freundlich方程分别对两种HA的吸附等温线进行了拟合。拟合结果表明：棒状羟基磷灰石对Cu2+的吸附符合Freundlich吸附方程，而片状羟基磷灰石对Cu2+的吸附符合则很好的吻合Langmuir吸附方程；表明两种不同形貌的HA对Cu2+离子有较强的吸附能力，Cu2+离子为易吸附离子。 采用准一级动力学、准二级动力学、Elovich模型、离子内扩散四种动力学模型分别对制备的两种不同形貌的HA的吸附结果进行了拟合。结果表明：棒状、层状羟基磷灰石对铜离子的吸附都符合准二级动力学方程；吸附过程分为快速的表面吸附、内扩散过程两个阶段。对HA吸附机理的探究表明，HA对Cu2+离子的去除包括表面吸附与离子交换作用。