碳羟磷灰石对重金属离子的吸附研究

论文摘要

许多工业废水如金属冶炼和矿物开采过程中含有铬,铜,铅,锌,镍等重金属离子。这些废水中有可能含有较高浓度的重金属离子,这些重金属离子必须要从水中去除。这些废水如果不经处理直接进入排水系统将对后续的生物处理产生影响。含有CO32-的碳羟磷灰石（碳羟磷灰石）比纯羟基磷灰石（HAP）在室温下能更好地固化水溶性重金属离子Pb2+、Cd2+、Hg2+等。在前人研究的基础上,为降低污水处理的成本,本文以废弃的鸡蛋壳为原料,尿素为添加剂,采用掺杂技术,合成新型的碳羟磷灰石吸附剂,用以处理含重金属离子废水。最佳的制备条件是:将经过预处理的鸡蛋壳磨成粉末,过30目筛,按摩尔质量比为1:1的比例加入到H3PO4溶液中并控制pH值在13,在3040℃反应23h,过滤去除不溶物,按照1:1的比例添加尿素和Ca（OH）2粉末,用NaOH调节pH值在912,在5060℃条件下热处理24h,反应产物经冷却后,用1%的NH4Cl洗涤至中性,在60℃下干燥并粉碎得到碳羟磷灰石粉末。利用扫描电镜和能谱仪对产物进行了观察、分析。本研究中对碳羟磷灰石吸附重金属分为两个部分,包括碳羟磷灰石对单种重金属的吸附和碳羟磷灰石对重金属的同时吸附,分别考察单种金属离子和混合溶液的重金属离子浓度、pH值、时间、吸附温度对吸附效果的影响。绘制了吸附等温线,对吸附过程的动力学和热力学进行了研究,然后又对吸附了重金属离子的产品进行了观察、分析。最后对吸附了Zn2+的碳羟磷灰石分别用0.2mol/L的NaCl、0.2mol/L的NaNO3、pH=3.93的HAC、pH=4.93的HAC、0.05mol/L的CaCl2和0.1mol/L的CaCl2和超声波进行解吸研究。结果表明:碳羟磷灰石对Cd2+、Zn2+和Ni2+具有较强的吸附效果。用2.5g/L的碳羟磷灰石处理Cd2+废水,在Cd2+初始浓度为80mg/L、温度为40℃左右、pH值为6、作用时间1h的条件下,去除率为93%左右。碳羟磷灰石对Cd2+的吸附等温线符合Freundlich和Langmuir两种模式。用2.5g/L的CHAP处理Zn2+废水,在Zn2+初始浓度为100mg/L、温度为40℃左右、pH值为67、作用时间45min的条件下,去除率为98.67%。CHAP对Zn2+的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich两种模式。CHAP对重金属离子的吸附在低pH条件下主要是离子交换吸附和表面吸附,在高pH条件下易形成氢氧化物沉淀。碳羟磷灰石对Zn2+的热力学研究表明,碳羟磷灰石吸附Zn2+的过程是吸热过程。共存离子吸附研究表明:四种重金属离子共存时使得每种重金属离子的吸附容量均降低,因为共存的金属离子对结合位点相互竞争结合。解吸实验表明:各种解吸剂对Zn2+的解吸能力有限,这表明碳羟磷灰石对重金属离子有较好的亲和力。在对吸附了重金属离子的碳羟磷灰石进行观察发现,吸附了重金属的样品表明有针尖状结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 重金属的特性
• 1.2 重金属废水的污染现状
• 1.3 重金属废水处理方法的选择
• 1.3.1 化学法
• 1.3.2 生物化学法
• 1.3.3 物理化学方法
• 1.4 几种重金属离子的危害
• 1.4.1 镉（Cd）
• 1.4.2 锌（Zn）
• 1.4.3 铜（Cu）
• 1.4.4 铅（Pb）
• 1.4.5 镍（Ni）
• 1.5 本试验的研究意义
• 第2章 碳羟磷灰石的制备
• 2.1 羟基磷灰石的制备
• 2.2 碳羟磷灰石的制备
• 第3章 试验材料与方法
• 3.1 试验材料与仪器
• 3.1.1 主要试剂的规格与生产厂家
• 3.1.2 试验设备与仪器
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 重金属溶液的配制
• 3.2.2 吸附试验
• 3.2.3 分析测试方法
• 3.2.4 计算公式
• 3.2.5 Langmuir 和Freundlich 吸附等温式
• 第4章 碳羟磷灰石对单种重金属的吸附
• 4.1 碳羟磷灰石对镉离子的吸附研究
• 2+初始浓度对碳羟磷灰石吸附作用的影响'>4.1.1 Cd²⁺初始浓度对碳羟磷灰石吸附作用的影响
• 4.1.2 碳羟磷灰石加入量对吸附作用的影响
• 4.1.3 pH 值对碳羟磷灰石吸附作用的影响
• 4.1.4 温度对碳羟磷灰石吸附作用的影响
• 4.1.5 反应时间对碳羟磷灰石吸附作用的影响
• 4.1.6 吸附等温线的拟合
• 4.1.7 小结
• 4.2 碳羟磷灰石对锌离子的吸附研究
• 2+初始浓度对碳羟磷灰石吸附作用的影响'>4.2.1 Zn²⁺初始浓度对碳羟磷灰石吸附作用的影响
• 4.2.2 碳羟磷灰石浓度对吸附作用的影响
• 4.2.3 初始pH 对碳羟磷灰石吸附作用的影响
• 4.2.4 温度对碳羟磷灰石吸附作用的影响
• 4.2.5 接触时间对碳羟磷灰石吸附作用的影响
• 4.2.6 吸附等温线的拟合
• 4.2.7 小结
• 4.3 碳羟磷灰石对镍离子的吸附研究
• 4.3.1 pH 值对CHAP 吸附作用的影响
• 2+的动力学'>4.3.2 CHAP 吸附Ni²⁺的动力学
• 2+的吸附等温线'>4.3.3 CHAP 吸附Ni²⁺的吸附等温线
• 4.3.4 小结
• 第5章 碳羟磷灰石对重金属的同时吸附及解吸研究
• 2+、Zn²⁺、Ni²⁺的研究'>5.1 碳羟磷灰石同时吸附 Cd²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺的研究
• 5.1.1 三种重金属离子共存时对吸附的影响
• 5.1.2 三种重金属离子共存和单一重金属对吸附的比较
• 5.2 碳羟磷灰石的再生
• 第6章 碳羟磷灰石吸附重金属的机理探讨
• 6.1 碳羟磷灰石吸附重金属离子扫描电镜分析
• 6.2 碳羟磷灰石对重金属离子吸附机理探讨
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 水质 铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法