论文总字数：25851字

摘 要

羟基磷灰石（HAP）是一种环境友好材料，吸附性能好，可有效的去除水体中的污染物。用纳米零价铁掺杂制备羟基磷灰石可以得到污染物去除效果更好的复合材料。

本实验采用溶胶-凝胶法制备不同类型的羟基磷灰石，研究不同Ca/P、混合方式和不同的干燥方式对材料性能的影响，并进行FTIR、SEM、XRD等表征。结果显示，制得的羟基磷灰石粒径为30~50nm。当混合方式改为超声波混合且为冷冻干燥时，制得的羟基磷灰石颗粒分布均匀，明显改善了团聚现象，并对重金属的吸附效果也更好。

本文探究了羟基磷灰石对Cu、Cd、Zn、Pb等重金属元素在不同污染浓度、不同时间以及不同pH条件下的吸附情况和处理效率。结果表明：1）Ca/P=1.67时吸附效能最佳，冷冻干燥效果优于干燥烧结的材料；2）随着吸附时间的增加，羟基磷灰石对重金属的吸附逐渐饱和，在60min时基本能达到吸附平衡；3）随着pH值的变化，羟基磷灰石对于重金属的吸附量也发生改变，当pH值较低时，重金属的去除主要依靠羟基磷灰石的吸附作用，当pH值较大的时候，则为羟基磷灰石的吸附和化学沉降共同作用，使得重金属的去除效率大大增加，当pH值分别控制在5~7.35、5.96~9、6.70~9之间和3.0左右时，可分别使Cu、Cd、Zn和Pb的去除效果达到最佳；4）总体而言，羟基磷灰石对Pb的吸附效果最好，其吸附量高达834.12mg/g，掺杂零价铁进行改性后，吸附性能更进一步，对Pb的吸附量最高可达906.74mg/g；5）当多种金属离子在水中共存时，金属离子间会产生竞争吸附作用，吸附竞争能力从大至小分别为Pbgt;Cugt;Cdgt;Zn。

关键词：羟基磷灰石，地下水，重金属

Abstract

Hydroxyapatite (HAP) is an environmentally friendly material with good adsorption properties and can effectively remove contaminants from water bodies. Hydroxyapatite doped with nano-zero-valent iron can produce composite materials with better adsorption effect.

In this study, sol-gel methods were used to prepare different types of hydroxyapatite, studying the effects of different Ca/P ratios, different mixing methods, and different drying methods on the material properties, FTIR, SEM, XRD and other characterization tests were performed on the samples. The results showed that the obtained hydroxyapatite particles have a particle size of 30 to 50 nm. When the mixing method was changed to ultrasonic mixing and the drying method was changed to freeze-drying, the obtained hydroxyapatite particles had a uniform particle size distribution, which obviously improved the agglomeration phenomenon and also had a better adsorption effect on heavy metals.

This paper explored the adsorption and treatment efficiency of hydroxyapatite on Cu, Cd, Zn, Pb at different contaminant concentrations, different times and different pH conditions. The results showed that: 1) When Ca/P=1.67, the adsorption efficiency is the best and the freeze-drying effect is better than that of the sintered material; 2) with the increase of adsorption time, the adsorption of heavy metal on hydroxyapatite gradually saturated, and the adsorption equilibrium could basically be reached at 60 min; 3) As the pH value changes, the amount of heavy metal adsorbed by hydroxyapatite also changes. When the pH values were controlled at 5~7.35, 5.96~9, 6.70~9 and 3.0 respectively, the effect of hydroxyapatite on Cu, Cd, Zn, and Pb was best. 4) In general, hydroxyapatite had the best adsorption effect on Pb, and its adsorption capacity was as high as 834.12 mg/g. After the modification with doped zero-valent iron, the adsorption performance was further improved, and the adsorption of Pb was up to 906.74 mg/g; 5) When a variety of metal ions coexist in water, metal ions compete with each other, and the competition ability from large to small is Pbgt;Cugt;Cdgt;Zn.

KEY WORDS: Hydroxyapatite; Ground water; Heavy metal

目录

摘要 I

Abstract II

1.1 重金属废水治理技术的发展概述 1

1.1.1 化学沉淀法 1

1.1.2 氧化还原法 2

1.1.3 电化学法 2

1.1.4 膜分离法 2

1.1.5 吸附法 3

1.2 羟基磷灰石的晶体化学特性 3

1.3 羟基磷灰石的制备研究 3

1.3.1 羟基磷灰石制备 3

1.3.2 纳米零价铁 4

1.4 本课题研究的目的和内容 4

1.4.1 研究的目的 4

1.4.2 研究的内容 5

第二章 羟基磷灰石的制备 6

2.1 引言 6

2.2 实验部分 6

2.2.1 试剂与仪器 6

2.2.2 普通羟基磷灰石的制备 6

2.2.3 改性羟基磷灰石的制备 7

2.2.4 样品的表征 8

2.3 结果与分析 8

2.3.1 SEM表面形貌分析 8

2.3.2 XRD（X射线衍射分析） 9

2.3.3 FTIR 11

第三章 羟基磷灰石对Cu² 、Cd² 、Zn² 、Pb² 的吸附特性 13

3.1 引言 13

3.2 实验部分 13

3.2.1 试剂与仪器 13

3.2.2 溶剂的配制 14

3.3 不同类型羟基磷灰石对Cu² 、Cd² 、Zn² 、Pb² 的吸附 15

3.3.1 不同污染液浓度的吸附性能研究 15

3.3.2 不同吸附时间的性能研究 15

3.3.3 pH对吸附效果的影响 15

3.3.4 混合动力学实验 15

3.4 实验数据分析 16

3.4.1 不同污染液浓度 16

3.4.2 不同时间吸附影响实验 19

3.4.3 pH对吸附效果的影响 21

3.4.4 混合污染液 24

3.4.5 改性羟基磷灰石 25

3.4.6 本章小结 25

第四章 总结与展望 1

4.1 全文总结 1

4.2 本文特点 1

4.3 不足与展望 1

致谢 3

参考文献 4

重金属废水治理研究进展

水是生命之源，是人类得以生存的根本，也是社会进步不可或缺的助力。随着世界人口的不断增长和工业化进程的加快以及人们对环境的不合理利用，地下水重金属污染已经成为国内外日益关注的环保问题并严重地威胁着人们的生产生活。重金属废水污染的毒效持续时间长，被生物摄入体内后不能被降解，其可以通过食物链作用进入人体并在人体内积累，从而导致各种疾病和机能紊乱。其中主要的重金属污染源有Cu、Zn、Hg、Cd、Pb和Cr等。日本水俣湾的人们由于食用了被汞污染的鱼虾而患上了“水俣病”，神通川流域居民由于长期饮用含镉河水引起了“痛痛病”，这些都是重金属污染给人体健康带来巨大伤害的的著名案例。因此如何有效地去除废水中的重金属是我们迫切需要解决的问题。

纳米羟基磷灰石（HAP）是动物与人体骨骼的主要无机成分，它可通过与重金属形成难溶解的磷酸盐等方式降低重金属活性。微、纳米羟基磷灰石是近些年来广泛用于重金属稳定化修复的一种新型材料。其作用机理可通过两步理论解释：1）重金属离子吸附于羟基磷灰石表面；2）借助于离子交换或扩散进入羟基磷灰石晶格内部。经多项实验研究，其对几种重金属比如Cu、Zn、Pb、Cd有较好的吸附作用。

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