有机改性羟基磷灰石的制备及吸附性能研究

近年来，随着人们环保意识的增强，对废水中重金属污染问题的处理成为一个热点话题。如工业废水、生活污水都不同程度的含有重金属，它们直接或间接地影响着人类的健康。现今，已开发的脱除重金属的材料中，存在着成本高、脱除效果差、再生过程中污染严重等问题，因此急需开发一种成本低廉、环境友好的高效脱除重金属的新型材料。 纳米羟基磷灰石由于其特殊的晶体结构和比表面大、粒度小、制备工艺简单等特点，成为近年来研究较多的新型的环境功能材料。其吸附量较小、吸附速率慢的特点又限制了羟基磷灰石的广泛应用。为了使羟基磷灰石细化、均化、活化，提高其吸附性能、改善其苛刻的吸附条件、扩大应用范围，近年来，人们开始对羟基磷灰石进行改性研究。 本文首次采用微乳液-溶胶-凝胶法，使硝酸钙、磷酸、氨水、乙醇溶胶体系增溶于Triton X-100/正戊醇/环己烷的油相体系中，合成了羟基磷灰石（简称HA）纳米粉体。通过差热-热重分析（TG-DSC）、X-射线衍射分析（XRD）、红外光谱分析（FTIR）、扫描电镜分析（SEM）、能谱分析（EDS）等方法对纳米HA进行了综合表征，结果表明：用微乳液-溶胶-凝胶法可制得片状、杆状、球形的纳米HA。此法得到HA粉体，粒度分布窄，在100nm左右。在pH=9时有少量CaHPO4形成，在700℃时会分解为Ca2P2O7。在pH值为11时，可得到纯净的HA。随着煅烧温度的提高，颗粒的尺寸和结晶度增大，纯的HA粉体在1000℃时仍不分解。 本文用不同的有机高分子聚乙二醇（PEG）、聚丙烯酰胺（PAM）、硬脂酸（SA）对HA进行了改性试验研究，并用XRD、SEM、FTIR等对改性后的粉体进行了表征。结果表明：PEG改性HA属于物理改性，PEG改善了HA粉体分散能力，PEG改性HA并没有影响HA的晶体结构。PAM和SA改性属于化学改性，其中PAM改性HA粉体的形貌呈雪花状，晶体结构中晶面的衍射峰强度发生明显改变，且改性后的粉体亲水能力增强，能稳定分散于水溶液中；SA改性HA粉体，粒子变长，疏水能力增强。 分别用未改性的HA粉体和有机改性HA粉体对200mg/l的重金属Cu2+离子进行了吸附性能试验研究及机理探讨。结果表明：该法得到HA粉体对Cu2+去除能力比溶胶-凝胶法得到的HA粉体去除能力更强；有机改性后的HA均比未改性的HA去除能力强；化学改性比物理改性得到的HA粉体去除水溶液中Cu2+能力更强，去除率均可达到98%以上。HA粉体及PEG-HA吸附Cu2+满足拟二级吸附动力学和颗粒内扩散，主要为离子交换和内扩散，而PAM-HA及SA-HA吸附Cu2+主要包括为螯合作用、离子交换过程和内扩散。