一种纳米羟基磷灰石的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米羟基磷灰石的制备方法，其包括如下步骤：将含钙矿渣溶解在酸中，过滤除去不溶于酸的杂质后，调节pH值至碱性，再次过滤除去不溶于碱的杂质，得到钙盐溶液；将所述钙盐溶液与磷酸盐溶液混合并调节pH值至碱性后，进行反应，得到纳米羟基磷灰石。与现有技术相比：本发明专利技术制备的纳米羟基磷灰石，使用工厂矿渣为原料，不仅价廉易得、取材广泛，实现变废为宝，而且对环境友好无害，工艺简单；本发明专利技术制备的纳米羟基磷灰，分散性良好，粒径均匀，有利于污水中重金属离子的吸附。本发明专利技术制备的纳米羟基磷灰石，具有适当的机械性能和良好的可加工型能，处理污水中重金属时，对环境不会造成二次污染，以便于在水处理领域中的广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种矿渣制备纳米羟基磷灰石的制备方法及其在吸附污水中重金属离子中的应用，属于环境保护领域。
技术介绍
近年来环境污染加强，对生态平衡、人类健康和社会经济可持续发展构成了严重威胁，环境净化受到全世界的广泛重视。在众多污染中，由于水的需求量大，水体污染越来月受到人们的关注，进而成为环境净化的重点。水是生命之源，任何生物和生活来源都离不开水，由于水的来源广，包括饮用水、生活用水、食品、工业废水等，所以水污染是危害人类健康的重要因素。水中的污染物主要是一些汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、镍(Ni)等重金属。目前，针对这些污染物使用的处理方法有化学沉淀法、电解法、溶剂萃取分离、离子交换法、膜分离技术、吸附法等。其中离子交换法和吸附法被认为是消除这些污染物最有效的方法之一。离子交换法处理容量大，出水水质好，可回收重金属资源，对环境无二次污染，但离子交换剂易氧化失效，再生频繁，操作费用高。吸附法是一种环境友好的绿色技术。主要分为化学吸附(考化学键力作用)和物理吸附(靠吸附剂与吸附质之间对的分子作用)的和离子交换吸附(靠静电引力作用)，重金属离子的种类不同，吸附方法不同。与离子交换相比，吸附法具有(1)用作吸附剂的材料来源广泛，种类繁多；(2)操作简便，不需要复杂的装置；(3)能耗低，二次污染小；(4)吸附剂可重复使用；(5)吸附的金属易于洗脱，可回收贵重金属等等。普遍常见到的重金属离子吸附剂包括木质材料、磁性介孔材料、壳聚糖、碳纳米管、生物炭、氧化石墨烯和纳米羟基磷灰石，不同的吸附剂对重金属离子的吸附原理不同，吸附效果也有差异。理想吸附剂不仅要生成对环境无害的产物，还要对重金属有良好的吸附能力。磷灰石是人体骨的主要无机组成，因此羟基磷灰石的合成过程对环境没有危害。过去几十年中，羟基磷灰石因为其吸附量高、溶解性低、成本低作为高效吸附剂广泛应用到长期处理重金属中。陈章等(专利号CN105289526A)以莲蓬为原料水热法制备出成炭凝胶用于水中重金属六价铬吸附，六价铬离子的去除率达到95.2％。刘向阳等(专利号CN105312035A)制备的聚酰亚胺/二氧化硅纳米重金属吸附材料吸附铜离子，该材料耐热性较好，适用于高温条件下重金属离子的去除。雷春生等(专利号CN105268418A)用交联壳聚糖改性柚子皮去除废水中的低浓度的重金属离子，但是这种材料不适用于高浓度的重金属离子的吸附，不具有广泛应用性。张红平等(专利号CN104941589A)基于棉花秸秆制备的多孔生物炭吸附重金属，对铅离子的吸附量不高，最多达到132mg/g。张帆等(专利号CN103861565B)用线性氨基分子修饰石墨烯作为吸附材料，吸附锰离子、铅离子、铜离子、镉离子，对铅离子的吸附效率最好，最高达到370mg/g。在水处理领域中，纳米羟基磷灰石以其较高的吸附性能、无毒、合成简便、制备成本低等优点，引起人们的广泛关注。目前纳米羟基磷灰石的制备方法也逐渐成熟，Orlovskii总结了三种制备羟基磷灰石的方法：化学沉淀法、固态合成法、水热法。水热合成法和固态合成法制备羟基磷灰石耗能较大，在实际工业应用中实现成本高，不易实现。Xin Yang等将磁性Fe3O4纳米粒子装饰在了还原石墨上，并研究其对铅离子的吸附效率，虽然吸附效率较高，但由于Fe3O4纳米粒子在酸性条件下不稳定，易被分解，不利于酸性条件下吸附重金属离子。Qingchun Zhao等通过乳液聚合方法，合成了Al(OH)3/(PAA-co-PAM)超细微球，并吸附重金属离子，但是该吸附剂不适用于大规模生产，一方面，它的分离过程采用常规的分离过程，会造成大量的损失；另一方面，该吸附剂因不具备磁响应性，不利于其循环使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是以工厂矿渣为原料用共沉淀法制备纳米羟基磷灰石，并对污水中的重金属离子进行吸附实验，实现变废为宝。本专利技术制备的纳米羟基磷灰石具有产率高，分散性好，粒径均匀，良好的吸附性能，可应用于吸附污水中的重金属离子。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种纳米羟基磷灰石的制备方法，其包括如下步骤：将含钙矿渣溶解在酸中，过滤除去不溶于酸的杂质后，用碱调节pH值至7～14，再次过滤除去不溶于碱的杂质，得到钙盐溶液；将所述钙盐溶液与磷酸盐溶液混合并调节pH值至7～14后，在10～200℃下进行反应，得到所述纳米羟基磷灰石。作为优选方案，还包括对所述纳米羟基磷灰石进行洗涤、干燥的步骤。作为优选方案，所述干燥的温度为10～200℃。作为优选方案，所述酸的浓度为0.01mol/L～12mol/L。作为优选方案，所述碱的浓度为0.001～12mol/L。作为优选方案，所述钙盐溶液中，钙离子的浓度为0.00001～100mol/L。作为优选方案，所述钙盐溶液与磷酸盐溶液混合时，控制钙磷的摩尔壁为1:1.5～1:1.8。作为优选方案，所述磷酸盐选自磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾中的至少一种。作为优选方案，所述含钙矿渣中包含有按重量百分数计的如下组分：CaO：10～80％、SiO2：10～80％、Al2O3：0.1～30％、MgO：0.1～10％、MnO：0.1～10％，以及不可避免的杂质：0.7～10％。作为优选方案，所述酸选自盐酸、硝酸、磷酸、硫酸中的至少一种；所述碱选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。上述的纳米羟基磷灰石，其直径为1～200nm之间可调。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术制备的纳米羟基磷灰石，使用工厂矿渣为原料，不仅价廉易得、取材广泛，实现变废为宝，而且对环境友好无害，工艺简单。2、本专利技术制备的纳米羟基磷灰，分散性良好，粒径均匀，直径在1～200nm间可调，有利于污水中重金属离子的吸附。3、本专利技术制备的纳米羟基磷灰石，具有适当的机械性能和良好的可加工型能，处理污水中重金属时，对环境不会造成二次污染，以便于在水处理领域中的广泛应用。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术中实施例1中制备的纳米羟基磷灰石的扫描电镜图像。图2为本专利技术中实施例1中制备的纳米羟基磷灰石的X射线衍射图谱。图3为本专利技术中实施例1中制备的纳米羟基磷灰石的傅里叶红外光谱图。图4为本专利技术中实施例2制备的纳米羟基磷灰石吸附铅离子后的扫描电镜图像。图5为本专利技术中实施例3制备的纳米羟基磷灰石吸附铬离子后的扫描电镜图像。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。取样不同含钙矿渣，对成分进行分析，如表1所示。表1不同矿渣的组成实施例1(1)室温20℃下，取30g矿渣1#溶于620mL 1.0mol/L稀盐酸中，磁力搅拌，离心得滤液。(2)用1.0mol/L氨水调节滤液pH到10，离心得滤液。(3)测定Ca2+浓度为0.02mol/L，量取100mL 0.12mol/L磷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含钙矿渣溶解在酸中，过滤除去不溶于酸的杂质后，用碱调节pH值至7～14，再次过滤除去不溶于碱的杂质，得到钙盐溶液；将所述钙盐溶液与磷酸盐溶液混合并调节pH值至7～14后，在10～200℃下进行反应，得到所述纳米羟基磷灰石。

【技术特征摘要】
1.一种纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将含钙矿渣溶解在酸中，过滤除去不溶于酸的杂质后，用碱调节pH值至7～14，再次过滤除去不溶于碱的杂质，得到钙盐溶液；将所述钙盐溶液与磷酸盐溶液混合并调节pH值至7～14后，在10～200℃下进行反应，得到所述纳米羟基磷灰石。2.如权利要求1所述的纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，还包括对所述纳米羟基磷灰石进行洗涤、干燥的步骤。3.如权利要求2所述的纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为10～200℃。4.如权利要求1所述的纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述酸的浓度为0.01mol/L～12mol/L。5.如权利要求1所述的纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述碱的浓度为0.001～12mol/L。6.如权利要求1所述的纳米羟基磷灰石的制备方法，其特征在于，所述钙盐...

【专利技术属性】
技术研发人员：封羽涛，李文，童敏，
申请(专利权)人：宝钢发展有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31