羟基磷灰石复合改性材料的制备及其除氟性能研究

发布时间：2018-04-05 02:32

本文选题：羟基磷灰石　切入点：除氟　出处：《南昌大学》2016年博士论文

【摘要】：饮水含氟量超标是全球范围内普遍存在的问题,在我国,饮水型地方性氟中毒严重威胁着人群健康,已经成为一个急需解决的问题。本研究以沉淀法制备的羟基磷灰石为基体,制备得到一系列羟基磷灰石复合改性材料,研究了制备条件、理化特征、氟离子吸附特性及吸附机理。主要结果如下:(1)采用共沉淀法合成了羟基磷灰石(HAP),考察了不同因素对羟基磷灰石除氟效率的影响。得出最佳工艺条件:Ca/P=1:1.5、反应时间1h、反应温度40℃、陈化温度25℃、陈化时间48h、焙烧温度200℃、焙烧时间2h,并利用SEM、TEM、XRD、FTIR等表征手段对其进行了结构分析;吸附特性实验研究表明:溶液最佳p H为5.0,0.05g处理50m L 10mg/L F-溶液,最大除氟容量可达9.68mg/g,水溶液中Cl-、NO3-、SO42-均对除氟容量有一定的促进作用,CO_3~2-与F-有一定的竞争吸附作用,PO_4~3-对除氟容量影响较小;HAP对F-的吸附等温线符合Langmuir模型,拟二级动力学模型能较好地描述实验结果,吸附及重复利用实验表明,HAP吸附剂可以成为一种有潜力的饮用水除氟剂;(2)为了提高HAP的除氟容量,利用Al-OH掺杂改性HAP制备了Al-OH-HAP复合材料,利用FTIR、SEM、XRD、BET等表征手段对Al-OH-HAP进行了分析,探讨了Al-OH-HAP对水溶液F-的吸附特性。实验结果表明:溶液p H值、吸附剂用量、常见阴离子、F-初始浓度对除氟容量均有一定影响;Langmuir吸附等温线模型可较好地描述Al-OH-HAP对F-的吸附过程,饱和吸附容量为36.15mg/g,且随温度升高饱和吸附量逐渐增大;整个吸附过程由颗粒内扩散和化学作用联合控制。经过四次循环再生利用后,仍有较高的吸附容量;(3)利用原位共沉淀法合成了壳聚糖/羟基磷灰石(CS/HAP)复合生物材料,并将其应用于水溶液中F-的吸附研究。通过SEM,XRD,FT-IR和BET对吸附剂进行了理化特征分析;p H值对氟离子的吸附有着明显的影响,在p H值大约为6.0时,有最大吸附量;利用Langmuir和Freundlich吸附等温方程对不同温度下的吸附实验数据进行了拟合,对比相关系数值,Langmuir模型能够更好的描述该吸附过程,CS/HAP对F-的吸附符合拟二级反应动力学方程;计算了吸附热力学和动力学参数值,探讨了CS/HAP对F-的吸附机理;ΔG0和ΔH0为负值,ΔS0为正,表明该过程是一个自发吸热熵增过程;迁移能E(7.639 k J/mol)8 k J/mol说明物理吸附占优势;但是,S*接近0(S*=0.002)、Ea为正,与化学吸附的特征相符,说明HAP/CS对F-吸附过程,物理和化学吸附都在发挥作用;(4)通过原位共沉淀法制备得到Fe_3O_4/HAP复合材料(磁性HAP),并研究磁性HAP对水溶液中F-离子的吸附。与HAP吸附剂相比,Fe_3O_4引入使吸附剂具有磁性,可用普通磁铁将其从水溶液中分离回收二次使用。研究反应温度、反应时间、陈化温度、陈化时间和Fe_3O_4用量等因素对磁性HAP吸附F-效果的影响。实验结果表明:反应温度60 oC、反应时间1 h、陈化温度25 oC、陈化时间12 h以及Fe_3O_4用量为0.08 g,制备得到磁性HAP对水溶液中的F-的吸附容量达到最大值为7.82 mg/g。分别利用Langmuir和Freundlich等温线模型进行模拟,实验数据符合Langmuir等温线方程,拟合得到最大吸附容量(qmax)为21.76mg/g。计算热力学参数,如ΔGo、ΔHo和ΔSo表明磁性HAP对F-的吸附是自发进行的。磁性HAP对F-的吸附符合拟二级反应动力学过程;(5)利用Ag~+负载改性HAP制备了Ag-HAP复合材料,考察其除氟抑菌性能,并利用FTIR对吸附前后Ag-HAP进行了理化特征分析,利用吸附热力学和动力学研究了其对水溶液氟离子的吸附机理,该吸附反应过程是一个自发吸热熵增过程;抑菌实验表明,Ag-HAP对自来水的抑菌效果不低于30天;(6)采用活性炭和羟基磷灰石共混,经过活化烧结制得的羟基磷灰石活性炭复合颗粒材料,考察了HAP/AC质量比、聚乙烯醇浓度、柱状粒径、焙烧时间以及焙烧温度等因素,对复合颗粒材料吸附水溶液中氟效率的影响。并将其用于对模拟含F-废水的吸附研究,通过静态吸附实验和动态柱吸附实验考察了复合材料对模拟废水中F-的吸附性能,对其吸附机理进行了探讨,并将它应用于地氟病区实际含氟废水的处理,以探讨其实际运用的可行性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R123;TQ424

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