磁性纳米羟基磷灰石吸附剂的制备及其性能研究

论文摘要

随着经济的快速发展，废水的大量排放，土壤和水体中重金属积累的加剧，重金属污染日益严重。由于重金属易通过食物链而生物富集，对生物和人体健康构成严重的威胁，如何有效地治理重金属污染已成为人类共同关注的话题。重金属污染主要来自采矿业、冶金、机械加工、表面处理及重工业等。除去水中重金属离子的方法很多，传统的方法有化学沉淀法、氧化还原法、铁氧体法、离子交换树脂法等，但是这些方法存在投资大、运行成本高、操作管理繁琐、且容易造成二次污染等问题，同时也不能有效实现重金属和水资源的再利用。目前，实际运用中较多的是采用吸附法，吸附法因其材料便宜易得、成本低、去除效果好而一直受到人们的青睐。近年来利用无机材料和纳米材料作为吸附剂已经成为一个热门的研究领域。纳米羟基磷灰石（简称HAP）作为一种由无机物组成的纳米材料吸附剂，其具有较高的生物相容性和吸附性能，并且已广泛应用于重金属离子的去除。但作为吸附处理重金属离子的纳米羟基磷灰石吸附剂，其性能和效果还有进一步改进和提升的空间。本论文的主要工作是合成磁性纳米羟基磷灰石并探索将其作为吸附剂去除水溶液中重金属离子的可能性。吸附剂的性能通过扫描电镜（SEM），X射线能量色散分析（EDAX），BET表面积测定，X射线衍射（XRD），Zeta电位测定和磁性分析进行了表征。实验中考察了接触时间，初始金属离子浓度，吸附剂用量，pH值和竞争吸附等因素的影响。同时考察了吸附剂在四中不同洗提液中的脱附情况。动力学数据符合准二级动力学模型，等温线数据符合Langmuir等温线模型。结果表明，磁性纳米羟基磷灰石对Cd2+和Zn2+的最大吸附容量分别为：1.964mmoL g-1和2.151mmoL g-1。吸附剂的最佳用量为0.1g L-1，在pH为4-8的范围内，吸附量随着pH的增加而增加。在二元体系中，Cd2+和Zn2+的总吸附容量基本不变，但磁性纳米羟基磷灰石对Cd2+的吸附力比对Zn2+的吸附力大。用于金属离子脱附的最有效的洗提液为EDTA，其对Cd2+和Zn2+的脱附率分别为：66.2%和67%。本实验中合成的顺磁性，高比表面积的磁性纳米羟基磷灰石(142.5m2g-1)最大优势在于其很容易从水溶液中分离出来。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 附图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 水资源污染概况
• 1.1.1 水资源污染现状
• 1.1.2 水资源污染类型
• 1.2 水环境重金属污染
• 1.2.1 水环境重金属污染现状
• 1.2.2 水环境中重金属的危害
• 1.3 重金属废水处理方法
• 1.3.1 新型重金属捕集剂
• 1.3.2 微生物处理技术
• 1.3.3 植物修复法
• 1.3.4 吸附法
• 1.4 吸附法去除水体中的重金属
• 1.4.1 吸附原理
• 1.4.2 吸附的类型
• 1.4.3 吸附的影响因素
• 1.4.4 常见的重金属吸附剂
• 1.5 羟基磷灰石
• 1.5.1 羟基磷灰石的组成和晶体结构
• 1.5.2 羟基磷灰石的制备
• 1.5.3 羟基磷灰石在环境领域的应用
• 1.5.4 羟基磷灰石吸附重金属
• 1.6 本论文的研究工作
• 第2章 磁性纳米羟基磷灰石的合成
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 磁性纳米羟基磷灰石的合成
• 2.3 吸附剂的表征
• 2.3.1 扫描电镜
• 2.3.2 X 射线能量色散分析
• 2.3.3 X 射线衍射
• 2.3.4 zeta 电位
• 2.3.5 BET 表面积和磁性特征
• 2.4 结论
• 第3章 吸附实验
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器
• 3.3 吸附动力学实验
• 3.4 吸附等温线实验
• 3.5 吸附影响因素分析
• 3.5.1 吸附剂用量的影响
• 3.5.2 初始 pH 值的影响
• 3.5.3 竞争离子的影响
• 3.6 脱附实验
• 3.7 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录