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《合成磷灰石的去氟机理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第20卷第4期岩石矿物学杂志Vol.20,No.42001年12月ACTAPETROLOGICAETMINERALOGICADec.,2001文章编号:1000-6524(2001)04-0568-05合成磷灰石的去氟机理研究1,21221黄志良,刘羽,王大伟,张术根,陈露军(1.武汉化工学院材料系,湖北武汉430073;2.中南大学资源环境学院,湖南长沙410083)摘要:用固相反应法和sol-gel法合成了不同类型的磷灰石(AP),并采用TEM、XRD、IR、BET比表面积法及静、动态吸附等
2、方法研究了不同AP的比表面积、结晶度、晶胞参数、结晶尺寸、晶格缺陷度、Ca/P摩尔比和煅烧温度等与吸氟能力的关系。结果表明:结晶度高、晶粒大的AP有较小的吸氟量,属表面单分子层化学络合吸附机理;酸活化的AP有较大的吸氟量,属溶解-沉淀与沉淀物表面纳米尺寸效应吸附的复合去氟机理;具纳米尺寸的HAP在常温、常压、无二次污染、小于11mg/L的低含氟浓度废水中且不酸化情况下有较大吸氟量,属纳米尺寸效应吸附机理。关健词:合成;磷灰石;纳米;去氟机理+中图分类号:P578.922文献标识码:A矿物磷灰石(
3、apatite,简称AP)的人工制备方法主要有水热法、水解法、sol-gel法和固相反应法。人2+2+2+[1～3]们已经注意到:AP在室温下不仅能固化废水中毒性阳离子(Pb、Cd、Hg等),而且还能与阴离子-[4,5]F产生离子交换作用,因此在环境矿物材料开发上AP是一种有广阔应用前景的绿色洁净矿物材料。-F对人体极其有害,它与骨组织中HAP(羟基磷灰石,骨骼与牙齿的主要无机组分)有交换作用,导致氟斑牙、骨病,且引起磷代谢紊乱。目前,主要除氟方法有沉淀法、电渗析法、反渗透膜法、骨碳吸附法,虽取
4、得了可喜成果,但各有不足,实际应用效果不佳,寻找无毒、无二次污染、具有高效率的除氟材料仍然是-一个难题。本文主要研究不同类型的合成AP在不同条件下吸附废水中F的行为与机理。1磷灰石的合成2+由于非羟基磷灰石较难在sol-gel体系中形成,因此,不同阳离子(M)替换的氯磷灰石和不同通道离子替换的氯-氟磷灰石均采用固相反应法合成,其合成路线如下:6NH4H2PO4+MCl2+9MCO3=M10(PO4)6Cl2+9H2O↑+6NH3↑Ca10(PO4)6Cl2+xCaF2=Ca10(PO4)6Cl2
5、-2xF2x+xCaCl2(洗涤除去)羟基磷灰石(HAP)采用sol-gel法合成,可得到纳米级晶粒(见图1)。实验采用Ca/P摩尔比(用R表示)分别为1.2、1.3、1.5、1.67(正常配比)、2.0、2.2、2.3、2.5的8个配比预先制备了HAP的凝胶产物,再分别在150℃、400℃、600℃、800℃、950℃、1100℃下(用tc表示)煅烧,制得48个对比样品。2实验方法比表面积采用N2连续吸咐法测定,数据用BET公式处理;密度值采用排气法测定;晶胞参数(ao、co)[6]测定采用X
6、RD法,用smith-Lehrt公式计算;结晶度测定采用XRD法,用文献[7]介绍的方法计算;面网[8][8]尺寸根据XRD用谢乐公式测定;表观尺寸根据比表面积及密度值计算结合TEM照片分析;晶格缺陷收稿日期:2001-05-08;修订日期:2001-09-21作者简介:黄志良(1964-),男,汉族,博士生,教授,无机非金属材料专业。第4期黄志良等:合成磷灰石的去氟机理研究569度用IR谱研究(Tr表示相对大小)。-废水用NaF加蒸馏水配制而成;F浓度采用离子选择电极法(TISABS)测定;p
7、H值采用PHS-3C型pH计测定;平衡吸咐量采用静态吸附法,将样品在150℃下烘干、称重,试样放在圆锥烧瓶中并加入一定浓度废水搅拌2h,静置3h,所得清液即为吸附平衡液;穿透实验采用动态吸附法,将样品在150℃下烘干,称重9g,装入长11cm、直径2cm玻璃柱中,用11mg/L的含氟废水以1mL/min的流速穿滴,在一定的时间间隔内取出滴液测pH值和氟离子浓度,用集中的滴液测累计pH值和氟离子浓度。3结果与讨论311表面单分子层化学络合吸附机理样品不调pH值,直接加入含氟离子浓度为750mg/L
8、的废水中,结果固相反应合成的样品和sol-gel凝胶高温烧结体均能生成六方板状或柱状粗大晶粒(r>100nm),其比表面积(A)小,结晶度高(表1,图1),吸附活性差。吸附等温线(图2)表明:所有样品均有最大吸氟量qe,曲线属典型的Langmuir单分子层吸附型。从qe与比表面积大小关系不明显看,这种单分子层吸附并非范德华键的物理吸附。从与pH值[9]---关系不明显看,也非与定势离子的反电荷吸附有关;从F和Cl(溶出Cl量用QCl表示)同时被AP吸附[10]看,不同于表面离子交换吸附。图1不同
