纳米羟基磷灰石合成的比较研究及其吸附水溶液中稀土离子的研究

论文摘要

纳米羟基磷灰石（n-HAP）作为脊椎动物骨骼与牙齿的主要无机成分,有着良好的生物相容性和活性,对人体与环境无毒副作用,因此被广泛应用到重金属离子的吸附、硬组织修复、药物负载及生物大分子的分离与纯化等领域。但n-HAP作为一种具有良好吸附性能的环保材料,对废水中稀土污染物的吸附研究还没有报道。由于纳米材料的特性和优点,纳米羟基磷灰石的制备技术倍受人们关注。本论文以生物陶瓷材料羟基磷灰石纳米粒子大小及其形貌的可控制备为出发点,采用了不同的化学制备方法,制备出大小及形态各异的纳米羟基磷灰石,并且选出粒径较小,比表面积较大的羟基磷灰石来修复受到稀土离子污染的水溶液。具体研究内容如下:1采用均相共沉淀法合成n-HAP。以硝酸钙和磷酸氢二铵为原料,在水溶液体系中成功合成出纳米级羟基磷灰石粒子。研究了溶液浓度、添加碱液类型、热处理等因素对所制得粒子颗粒大小、晶型、分散度、纯度等性能的影响,探索出制备纳米级羟基磷灰石粒子简单的工艺条件。2采用水热法,以磷酸氢钙和氢氧化钙为前驱体,在水热条件下采用高压反应法制备HAP纳米粒子并对其进行研究。研究发现水热温度和溶液pH值对HAP微晶尺寸、纯度有较大影响。并在适当优化条件下制备出了长度在300-500nm,直径在50-100nm,长径比为3-10的结晶度高、分散性好的HAP纳米棒。3采用溶胶凝胶法,以硝酸钙和五氧化二磷为前驱体,在乙醇溶液中,成功制备出类球状的纳米级羟基磷灰石,研究结果表明陈化时间对合成晶体的结晶度和纯度有较大影响。4均相沉淀法合成纳米羟基磷灰石用于去除水溶液中的稀土离子。选取La、Y、Gd作为轻稀土、重稀土、中间稀土的代表元素,选取由共沉淀法合成的粒径小、比表面积大的纳米HAP来修复人工污染的水体。结果表明,HAP在未加稀土离子的水溶液中溶解量随着pH值的降低而增加,在相同的pH值条件下,纳米HAP的溶解速度及溶解量均大于体相HAP;在相同pH值时,纳米HAP对水溶液中三种稀土离子的修复效果都明显优于体相HAP;纳米HAP可在较高pH下达到与体相HAP相同的吸附效果;增加纳米HAP的量会有利于溶液中稀土离子的去除,且在高pH下增加效果明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 纳米羟基磷灰石
• 1.1 羟基磷灰石性质
• 1.1.1 HAP的组成与晶体结构
• 1.1.2 HAP的理化性质
• 1.1.3 HAP的生物学性能
• 1.2 纳米羟基磷灰石粉体的制备
• 1.3 n-HAP的特性与应用
• 1.3.1 硬组织的修复
• 1.3.2 药物的负载
• 1.3.3 生物大分子的分离与纯化
• 1.3.4 环境材料的应用
• 2 水溶液中稀土化合物的污染与治理
• 2.1 稀土元素的理化性质
• 2.2 含稀土离子废水治理的研究与现状
• 2.2.1 化学法
• 2.2.2 生物化学法
• 2.2.3 物理化学法
• 3 论文选题的目的意义及主要研究内容
• 3.1 本论文选题的目的意义
• 3.2 本论文的主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 纳米羟基磷灰石合成方法的比较研究
• 1 前言
• 2 实验部分
• 2.1 主要仪器及药品
• 2.2 样品制备
• 2.2.1 共沉淀法制备纳米羟基磷灰石
• 2.2.2 水热法制备纳米羟基磷灰石
• 2.2.3 溶胶凝胶法制备纳米羟基磷灰石
• 2.3 羟基磷灰石纳米粒子的表征
• 3 不同方法下合成样品表征结果研究
• 3.1 均相共沉淀法合成样品的表征
• 3.1.1 X衍射分析
• 3.1.2 红外光谱（IR）分析
• 3.1.3 透射电镜（TEM）分析
• 3.2 水热法合成样品的表征
• 3.2.1 X衍射分析
• 3.2.2 红外图谱（IR）分析
• 3.2.3 透射电镜（TEM）分析
• 3.3 溶胶凝胶法合成样品的表征
• 3.3.1 X衍射分析
• 3.3.2 红外图谱（IR）分析
• 3.3.3 溶胶凝胶法合成样品的透射电镜分析
• 4 不同方法合成样品的差异性研究
• 4.1 XRD分析
• 4.2 结晶度指数
• 4.3 FTIR
• 4.4 BPI指数
• 4.5 TEM图像
• 5 结论
• 参考文献
• 第三章 纳米羟基磷灰石去除水中稀土离子的研究
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 纳米及体相材料在不同pH条件下的溶解实验设计
• 2.2.2 纳米及体相HAP去除水溶液中稀土离子的实验设计
• 2.2.3 测定纳米及体相HAP在REEs3+污染水体中的等电点的实验设计
• 2.3 分析方法
• 3 结果与讨论
• 3.1 纳米及体相HAP在水溶液中的溶解特征
• 3.2 纳米HAP去除水溶液中稀土离子的研究
• 3.2.1 溶液pH和反应时间对纳米HAP吸附稀土离子的影响
• 3.2.2 HAP表面电性对吸附反应的影响
• 3.2.3 溶液pH对纳米HAP吸附不同稀土离子能力的影响
• 3.2.4 P/REEs对吸附反应的影响
• 3.3 体相HAP修复效果及影响因素研究
• 3.3.1 体相HAP在稀土溶液中等电点的研究
• 3.3.2 不同pH条件下体相HAP对稀土离子去除量的研究
• 3.3.3 P/REEs对吸附反应的影响
• 3.4 纳米和体相材料去除稀土离子效果比较研究
• 参考文献
• 第四章 全文总结和研究展望
• 1 全文总结
• 1.1 纳米羟基磷灰石的制备
• 1.2 纳米羟基磷灰石的溶解和修复稀土污染离子性能研究
• 2 研究展望
• 致谢