一种强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于环境治理领域，涉及一种强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料及其制备方法，该方法采用“一锅法，两阶段”工艺：第一阶段通过曝气搅拌下同时滴加亚铁盐和碱反应制得四氧化三铁磁性材料；第二阶段通过在四氧化三铁磁性材料表面负载羟基磷灰石制得磁性羟基磷灰石，制备工艺简单，易于控制，未使用有机溶剂，环境友好，制造成本低，适合规模化生产和应用，所制得的磁性羟基磷灰石具有磁性强，包覆均匀且牢固，分散性好等特点，可用于重金属污染废水、土壤、固废等处理。

A Strong Magnetic Hydroxyapatite Heavy Metal Adsorption Material and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of environmental treatment, and relates to a strong magnetic hydroxyapatite heavy metal adsorption material and its preparation method. The method adopts a \one pot method, two stages\ process: the first stage is to prepare ferrous oxide magnetic material by adding ferrous salts and alkali simultaneously under aeration stirring; the second stage is to prepare ferrous oxide magnetic material by loading hydroxyapatite on the surface of ferrous oxide magnetic material. The magnetic hydroxyapatite has the advantages of simple preparation process, easy control, no use of organic solvents, friendly environment, low manufacturing cost, suitable for large-scale production and application. The magnetic hydroxyapatite has the characteristics of strong magnetism, uniform and firm coating, good dispersibility, and can be used for the treatment of heavy metal polluted wastewater, soil, solid waste and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料及其制备方法
本专利技术属于环境治理领域，涉及一种强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料及其制备方法，可用于重金属污染水、土壤和固废的治理，实现磁分离和回收利用。
技术介绍
随着经济的发展，工业迅猛增长，重金属造成的水污染引起的环境问题日趋严重。水环境的重金属污染源主要有以下三个方面的来源：1)工业污染，工业废水如纺织废水、造纸废水、冶炼废水以及轻工业废水等未经处理而排入下水道、水沟、江河湖海等；2)农业污染，大量的化肥、农药、兽药在农业生产过程中的使用以及动植物残体分解均对水体造成严重的污染；3)生活污染，生活中存在的很多难自然降解生活垃圾，如废弃金属、废弃电池等同样对水体造成的污染。这些均是由于人类活动造成的。此外，自然界中存在大量富含重金属的矿物岩石，会与空气、水、二氧化碳等物质长期作用反应导致重金属溶液从岩石中溶出随后进入水体和土壤，这也是重金属在自然环境中富集原因之一。当重金属离子污染物溶入水生态系统中，水体中的植物、鱼类、底栖动物等均有摄入这些重金属元素可能。由于重金属污染物无法自行降解，会通过生物食物链传递产生富集，尽管如铁元素、铜元素、锌元素和铬元素等常见金属元素是人体以及其他动植物生长不可或缺的，但当这些金属元素的浓度一旦过低或过高时，会对生物体的健康产生相应的影响，其危害也将不逊于摄入铅、汞等非必须的金属元素。羟基磷灰石分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，具有特殊的晶体结构，是人体和动物骨骼的主要组成部分。它是一种由无机物组成的吸附剂，具有较高的吸附性能和生物相容性，对金属离子和染料具有吸附固定作用，可以用于处理废水中的金属离子。对羟基磷灰石进行改进，使其带有了磁性，可便于吸附剂的分离与回收。目前普遍采用先制备磁性材料和羟基磷灰石，再采用物理机械混合的方式制得磁性羟基磷灰石，微观上看两种材料之间的作用力差，分布不均匀，因而比表面积减小，对重金属的吸附能力降低，而且制备工艺复杂，能耗高，限制其产业化和应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料及其制备方法，采用“一锅法，两阶段”的制备工艺，通过曝气氧化快速高效制备四氧化三铁强磁核，再在磁核表面一边合成一边负载羟基磷灰石，这样实现羟基磷灰石均匀牢固的分散在磁核表面，从而制备出磁性强，吸附性强的磁性羟基磷灰石。其制备工艺包括如下步骤：(1)制备四氧化三铁：烧杯中装入水，曝气搅拌，加热至40-80℃，向烧杯中同时滴加碱液和亚铁盐溶液，维持pH9-11，滴加完毕，恒温曝气反应，制得四氧化三铁乳浊液；(2)制备磁性羟基磷灰石：向步骤(1)恒温条件下的四氧化三铁乳浊液中加入钙盐溶液、磷酸盐溶液，并用碱液维持pH9-11，添加完毕，继续搅拌，恒温反应，反应完全后，自然冷却至室温，陈化，磁分离，水洗至中性，晾干待用。优选的，步骤(1)和(2)所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种混合物，浓度为0.1-5M，优选为0.5-4M，更优选为1-2M。优选的，步骤(1)和(2)所述pH为10-11。优选的，步骤(1)所述的亚铁盐选自硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁胺中的一种或多种，浓度为0.1-5M，优选为0.5-4M，更优选为1-2M。优选的，步骤(1)所述的曝气量为0.1-10L/min，优选为0.5-5L/min。优选的，步骤(1)恒温曝气反应时间为1-6小时，优选为1-3小时。优选的，步骤(2)所述钙盐是氯化钙、硝酸钙中的一种或两种，浓度为0.1-5M，优选为0.5-4M，更优选为1-2M。优选的，步骤(2)所述磷酸盐是磷酸三钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸三钾、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、磷酸三胺、磷酸氢二胺和磷酸二氢胺中的一种或多种，浓度为0.1-5M，优选为0.5-4M，更优选为1-2M。更具体的，步骤(2)所述的钙盐溶液和磷酸盐溶液的加入方式可以是先加入钙盐溶液，再加入磷酸盐溶液，也可以是先加入磷酸盐溶液，再加入钙盐溶液，也可以是钙盐溶液和磷酸盐溶液两者交替加入，还可以是同时滴加钙盐溶液和磷酸盐溶液。更进一步优选的，步骤(2)原料中钙离子与磷酸根离子摩尔比为：4:3-2:1，更优选为5:3。优选的，步骤(2)恒温反应时间为2-8小时，优选2-6小时，更优选2-4小时。优选的，骤(2)陈化时间为6-72小时，更优选12-48小时，更优选18-24小时。本专利技术还涉及上述任一项所述的方法制备的强磁性羟基磷灰石材料在吸附重金属中的应用。更优选的，上述任一项所述的方法制备的强磁性羟基磷灰石材料可吸附处理水或土壤中的铬、镉、铅、砷、镍、铜、锌、铜重金属。本专利技术采用“一锅法，两阶段”的工艺制备强磁性羟基磷灰石，第一阶段是通过曝气搅拌下同时滴加亚铁盐和碱反应制得四氧化三铁磁性材料；第二阶段是通过在四氧化三铁磁性材料表面负载羟基磷灰石制得磁性羟基磷灰石。所制得的磁性羟基磷灰石具有磁性强，包覆均匀且牢固，分散性好等特点。磁性羟基磷灰石对重金属离子有较强的吸附能力，磁分离回收，再利用，可用于重金属污染废水、土壤、固废等处理。本专利技术制备工艺简单，易控制，能耗低，适合规模化生产。本专利技术的有益效果：1、本专利技术方法制备的强磁性羟基磷灰石采用“一锅法，两阶段”的工艺制备，在磁核表面合成并均匀分布羟基磷灰石，形成羟基磷灰石包裹磁核的一体化结构；2、本专利技术方法制备的强磁性羟基磷灰重金属吸附能力强，可吸附处理水或土壤中的铬、镉、铅、砷、镍、铜、锌、铜重金属；3、本专利技术方法制备的强磁性羟基磷灰石磁性强、磁性持久，利于材料的回收再利用；4、专利技术方法的“一锅法，两阶段”制备工艺简单，易于控制，未使用有机溶剂，环境友好，制造成本低，适合规模化生产和应用。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明图1是强磁性羟基磷灰石的结构示意图1为磁核；2为羟基磷灰石图2是实施例1强磁性羟基磷灰石的磁性演示图图3是实施例1强磁性羟基磷灰石的XRD图具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述，所描述的实施例及其结果仅用于本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本专利技术。比较例1羟基磷灰石制备步骤一：配制浓度为1.67M的氯化钙溶液50ml和浓度为1M磷酸氢二钠溶液50ml；步骤二：500ml烧杯中装入水200ml，搅拌下，加热至60℃；步骤三：同时滴加氯化钙溶液和磷酸氢二钠溶液，并用碱液维持pH10；步骤四：氯化钙溶液和磷酸氢二钠溶液同时滴加完毕，继续搅拌，恒温反应2小时；步骤五：自然冷却室温，陈化24小时；步骤六：磁分离、水洗至中性，自然晾干，制得对比材料1。比较例2(1)四氧化三铁制备步骤一：配制浓度为2M氢氧化钠100ml和浓度为1M的硫酸亚铁溶液100ml；步骤二：500ml烧杯中装入水200ml，室温曝气量1L/min曝气搅拌；步骤三：步骤二烧杯中同时滴加氢氧化钠和硫酸亚铁溶液，维持pH10；步骤四：硫酸亚铁溶液滴加完毕，室温曝气反应4小时，制得四氧化三铁乳浊液；(2)磁性羟基磷灰石制备步骤五：配制浓度为1.67M的氯化钙溶液50ml和浓度为1M磷酸氢二钠溶液50ml；步骤六：将上述四氧化三铁乳浊液，室温搅拌；步骤七：同时滴加氯化钙溶液和磷酸氢二钠溶液，并用碱液维持pH10；步骤八：氯化钙溶液和磷酸氢二钠溶液同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一锅法，两阶段制备强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料的方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)制备四氧化三铁：烧杯中装入水，曝气搅拌，加热至40‑80℃，向烧杯中同时滴加碱液和亚铁盐溶液，维持pH9‑11，滴加完毕，恒温曝气反应，制得四氧化三铁乳浊液；(2)制备磁性羟基磷灰石：向步骤(1)恒温条件下的四氧化三铁乳浊液中加入钙盐溶液、磷酸盐溶液，并用碱液维持pH9‑11，添加完毕，继续搅拌，恒温反应，反应完全后，自然冷却至室温，陈化，磁分离，水洗至中性，晾干待用。

【技术特征摘要】
1.一种一锅法，两阶段制备强磁性羟基磷灰石重金属吸附材料的方法，其特征在于，包含如下步骤：(1)制备四氧化三铁：烧杯中装入水，曝气搅拌，加热至40-80℃，向烧杯中同时滴加碱液和亚铁盐溶液，维持pH9-11，滴加完毕，恒温曝气反应，制得四氧化三铁乳浊液；(2)制备磁性羟基磷灰石：向步骤(1)恒温条件下的四氧化三铁乳浊液中加入钙盐溶液、磷酸盐溶液，并用碱液维持pH9-11，添加完毕，继续搅拌，恒温反应，反应完全后，自然冷却至室温，陈化，磁分离，水洗至中性，晾干待用。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)和(2)所述的碱是氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种混合物，浓度为0.1-5M，优选为0.5-4M，更优选为1-2M。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的亚铁盐选自硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁胺中的一种或多种，浓度为0.1-5M，优选为0.5-4M，更优选为1-2M。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高卫民，程寒飞，詹茂华，陈志刚，
申请(专利权)人：中冶华天工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34