玻璃转变羟基磷灰石多孔体在水处理的应用

论文摘要

环境污染,一直以来都是威胁人类健康和生命的一大杀手。发展废水处理技术,不仅有利于环境保护,而且可以促进工业发展和人类社会的进步。与传统方法相比,羟基磷灰石作为一种新型环境材料,具有较高的化学活性和生物稳定性以及易再生,无二次污染等优势,对保护和净化环境具有重要的现实意义。本文中制备了一种玻璃转变羟基磷灰石（G-HAP）粉末能有效去除水溶液里的氟离子和铅离子。结果表明,在相同条件下G-HAP具有比商用微米和纳米级的羟基磷灰石材料更好的吸附效果。在35℃下,投入量为5g/L,<100μm的G-HAP粉末在pH值为6.2,浓度为100mg/L的NaF溶液中吸附12小时后,吸附容量为17.35 mg/g,吸附率可达到86.7%。G-HAP对氟离子的吸附符合第二动力学方程和Freundlich等温吸附模型。在35℃下,投入量为5g/L,<100μm的G-HAP粉末在pH值为7,浓度为2000mg/L的Pb（NO3）2溶液吸附2小时后,吸附容量为399.99mg/g, Pb2+去除率为99.99%。G-HAP对铅离子的吸附过程符合第二动力学方程,不同pH条件下吸附受双重机理影响,在较高的pH下（pH>3）,以离子交换机理为主,在较低pH下（pH<3）,以溶解-沉淀机理为主。其次采用烧结-盐析法制备了玻璃转变羟基磷灰石（G-HAP）多孔体。结果表明,当盐（氯化钠）/<100μm的玻璃粉末掺入体积比为40：60,在580℃下烧结15分钟后在一定条件下转变成的G-HAP多孔体性能最佳,孔隙率达到75.67%,抗压强度为0.944MPa。该多孔体能有效吸附水溶液中的铅离子,铜离子,以及铜-氟混合离子。最后,对G-HAP多孔体吸附后的残渣进行毒性溶出实验,结果表明吸附后的G-HAP多孔体相当稳定,完全符合国家有关规定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 环境水污染及治理技术
• 1.1.1 重金属及含氟废水的来源、种类及其对环境的影响
• 1.1.2 重金属废水治理技术
• 1.1.3 含氟废水治理技术
• 1.2 国内外矿物环境材料研究现状及分析
• 1.2.1 矿物环境材料的研究现状
• 1.2.2 羟基磷灰石材料的研究现状
• 1.3 复合多孔材料的制备方法
• 1.4 本课题的意义及提出
• 第2章 技术路线
• 2.1 工艺路线
• 2.2 实验原料与仪器
• 2.2.1 原料
• 2.2.2 仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 钠钙硼玻璃颗粒的制备方法
• 2.3.2 羟基磷灰石粉末的制备方法
• 2.3.3 羟基磷灰石多孔体的制备方法
• 2.3.4 溶液中离子浓度的测量方法
• 2.3.5 离子吸附实验方法
• 2.3.6 吸附稳定性（毒性）测试
• 2.4 测试与表征
• 2.4.1 羟基磷灰石粉末比表面积的测定
• 2.4.2 羟基磷灰石多孔体孔隙率的估算
• 2.4.3 羟基磷灰石吸附动力学热力学研究
• 2.4.4 吸附产物化学结构的分析（XRD、FT-IR）
• 2.4.5 吸附产物表面形貌分析（SEM）
• 2.4.6 吸附产物成分分析（EDX）
• 2.4.7 多孔体抗压强度测试
• 第3章 玻璃转变羟基磷灰石粉体吸附氟离子的研究
• 3.1 概述
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同粒径G-HAP的比表面积
• 3.2.2 不同工艺条件的影响
• 3.2.3 吸附机理
• 3.2.4 动力学吸附过程
• 3.2.5 热力学吸附过程
• 3.2.6 G-HAP与nano-HAP,micro-HAP的吸附效果比较
• 3.3 小结
• 第4章 玻璃转变羟基磷灰石粉体吸附铅离子的研究
• 4.1 概述
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 不同工艺条件的影响
• 4.2.2 吸附机理
• 4.2.3 吸附动力学分析
• 4.3 小结
• 第5章 玻璃转变羟基磷灰石多孔体的制备
• 5.1 概述
• 5.2 烧结温度的选择
• 5.3 磷酸氢二钾溶液浸泡时间的影响
• 5.4 盐百分含量对多孔体孔隙率以及抗压强度的影响
• 5.5 盐百分含量对多孔体吸附铅能力的影响
• 5.6 小结
• 第6章 玻璃转变羟基磷灰石多孔体吸附特性的研究
• 6.1 概述
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 G-HAP多孔体吸附铅离子特性的研究
• 6.2.2 G-HAP多孔体吸附铜的研究
• 6.2.3 G-HAP多孔体吸附铜—氟复合离子的研究
• 6.3 本章小结
• 第7章 残渣毒性特性及发展展望
• 7.1 G-HAP多孔体吸附残渣毒性特性溶出实验
• 7.2 粗略成本核算
• 7.3 废玻璃再利用以及未来方向
• 第8章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 科研工作主要成果