一种羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料及其制备方法和应用，所述复合吸附材料的组分包括埃洛石纳米管和羟基磷灰石，埃洛石纳米管和羟基磷灰石的质量比为(10～30)g：(12～150)g；制备方法包括以下步骤：以埃洛石纳米管为模板，以水溶性钙盐和磷酸盐为原料生成羟基磷灰石并化学沉淀在埃洛石表面，经后处理得到复合吸附材料；其中，埃洛石纳米管和水溶性钙盐的质量摩尔比为(10～30)g：(18～180)mmol。本发明专利技术中羟基磷灰石和埃洛石生态环境协调性和相容性好，不会产生二次污染；在含氟水处理中吸附容量大，工艺流程简单便捷，对设备和工艺条件无苛刻要求。设备和工艺条件无苛刻要求。设备和工艺条件无苛刻要求。

Hydroxyapatite / halloysite nanotube composite adsorption material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]地下水中氟污染已经成为一项世界性的环境问题，严重威胁着生态环境和人类的生命健康，影响社会的发展与进步。世界卫生组织(WHO)规定，饮用水中氟离子的浓度值最大不可超过1.5mg/L。长期饮用氟离子浓度大于1.5mg/L高氟饮用水将导致氟中毒，引发氟斑牙、氟骨症、甲状腺损伤甚至肾损害等疾病。
[0003]目前已有的除氟技术主要有混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、离子交换法、电凝聚、电渗析法等。在这些方法中，混凝沉淀法适合处理氟离子浓度较高的污染水，而不能处理低浓度氟离子水；离子交换法吸附容量有限制，表面存在生物繁殖污染，其中的有机物易溶出，且不可再生等缺点；电渗析法能源消耗严重，且高敏感的膜易被污染；膜分离法中反渗透膜成本较高，且装置复杂，受水质情况影响较大。所以，在技术层面分析，这些氟离子处理技术都还不成熟，难以在实际氟离子去除技术上广泛推广，目前只有吸附法较为常用。吸附法除氟技术是采用除氟吸附材料填充滤柱过滤净化高氟污染饮用水，由于其方便高效、易操作、工艺设计简单以及经济环保等优点，应用最多、较其它除氟技术相对成熟。饮用水中吸附法氟离子处理技术的关键是如何制备性能优异的吸附剂材料。目前全世界常用的氟离子吸附剂滤料有活性氧化铝、活化沸石、羟基磷灰石、羰基磷灰石等，但其局限性阻碍了吸附法除氟技术的实际推广，如易产生二次污染、比表面积较小、吸附容量偏低、制备工艺复杂或对设备要求高等。因此，如何研究开发出解决地方性高氟饮用水问题的高性能除氟吸附剂材料具有很强的挑战性，但社会意义显著。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料及其制备方法和应用，解决现有技术中氟离子吸附剂易产生二次污染、比表面积较小、吸附容量偏低的技术问题。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术复合吸附材料的技术方案是：
[0006]所述复合吸附材料的组分包括埃洛石纳米管和羟基磷灰石，埃洛石纳米管和羟基磷灰石的质量比为(10～30)g：(12～150)g。
[0007]进一步地，埃洛石纳米管是埃洛石原矿经离心分级提纯得到。
[0008]本专利技术制备方法的技术方案是，包括以下步骤：以埃洛石纳米管为模板，以水溶性钙盐和磷酸盐为原料生成羟基磷灰石并化学沉淀在埃洛石表面，经后处理得到复合吸附材料；其中，埃洛石纳米管和水溶性钙盐的质量摩尔比为(10～30)g：(18～180)mmol。
[0009]进一步地，埃洛石纳米管的制备步骤包括：将埃洛石原矿配成质量浓度为4～6％
的埃洛石悬浮液，经过若干级离心提纯，得到埃洛石纳米管。
[0010]进一步地，水溶性钙盐和磷酸盐的Ca/P摩尔比为羟基磷灰石中Ca/P 的化学计量比。
[0011]进一步地，所述化学沉淀具体包括以下步骤：
[0012](a)取埃洛石纳米管配成埃洛石纳米管悬浮液；
[0013](b)向埃洛石纳米管悬浮液中加入水溶性钙盐溶液搅拌均匀，再加入水溶性磷酸盐溶液，调节pH值呈碱性，50～90℃反应至沉淀不再增加，完成羟基磷灰石的化学沉淀。
[0014]进一步地，埃洛石纳米管悬浮液的浓度为3～10wt％；水溶性钙盐溶液的浓度为0.2～0.8mol/L；水溶性钙盐采用氯化钙、硝酸钙或乙酸钙；水溶性磷酸盐溶液的浓度为0.1～0.5mol/L；水溶性磷酸盐采用磷酸钠/钾、磷酸一氢钠/钾/铵和磷酸二氢钠/钾铵中的一种。
[0015]进一步地，步骤(b)中采用氨水调节pH值至10～11。
[0016]进一步地，步骤(b)中反应时间为2～6h。
[0017]如上所述羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料在去除含氟水中氟离子中的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0019]1.羟基磷灰石和埃洛石是广泛存在于自然界中的天然矿物材料，生态环境协调性和相容性好，不会产生二次污染。
[0020]2.本专利技术提供的羟基磷灰石/埃洛石纳米复合吸附材料具有比表面积大，活性吸附位点多的特点，同时，吸附速度快，吸附容量大(最大吸附容量可达50.56mg/g)，在含氟水处理领域具有广阔的应用前景。
[0021]3.本专利技术以天然管状纳米材料埃洛石为模板，经过简单的化学反应得到高效的羟基磷灰石/埃洛石纳米复合吸附材料。工艺流程简单便捷，对设备和工艺条件无苛刻要求，实用性强，适合大批量生产和工业应用。
附图说明
[0022]图1是本专利技术为所制得的羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]本专利技术吸附材料是一种管状的羟基磷灰石/埃洛石纳米复合吸附材料，其组分包括埃洛石纳米管和羟基磷灰石。
[0025]本专利技术所述的具有吸附氟离子能力的羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料的制备方法，以埃洛石纳米管(为埃洛石原矿经离心分级提纯得到) 为模板，以水溶性钙盐和磷酸盐为原料，将羟基磷灰石化学沉淀在埃洛石表面，制得羟基磷灰石/埃洛石复合吸附材料。具体包括以下步骤：
[0026]1)将埃洛石原矿配制成4～6wt％质量浓度的悬浮液，在磁力搅拌器以 100～
300r/min的条件下搅拌1～4h，然后在150～500r/min条件下离心2～ 5min，取上层悬浮液调节pH至7.5～9.5，使用磁力搅拌器100～300r/min 转速作用下搅拌1～4h，然后在150～500r/min条件下离心2～5min，抛弃下层沉淀物质，取上层悬浮液，在8000～12000r/min条件下离心5～15min，干燥沉淀物，得到高纯度的埃洛石纳米管；
[0027]2)将3～10wt％的埃洛石纳米管悬浮液，强力搅拌1h形成一定质量浓度的埃洛石悬浮液。加入0.2～0.8mol/L的水溶性钙盐溶液搅拌10min，维持体系温度50～90℃，逐滴加入0.1～0.5mol/L的水溶性磷酸盐溶液，使得最后的Ca/P比达到1.67，并使用3～6mol/L的氨水维持pH为10～11，搅拌2～6h。埃洛石纳米管与水溶性钙盐的质量摩尔比为(10～30)g：(18～ 180)mmol。
[0028]3)将步骤2)得到的悬浮液进行后处理，后处理是先在室温下静置8～ 24h，再进行分离、洗涤和烘干。其中，采用离心法固液分离，用蒸馏水将所得沉淀洗至中性，并将所得材料真空干燥，得到羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合材料，羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合材料中，纯化后的埃洛石纳米管和羟基磷灰石的质量比为(10～30)g：(12～150)g。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料，其特征在于，所述复合吸附材料的组分包括埃洛石纳米管和羟基磷灰石，埃洛石纳米管和羟基磷灰石的质量比为(10～30)g：(12～150)g。2.根据权利要求1所述的羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料，其特征在于，埃洛石纳米管是埃洛石原矿经离心分级提纯得到。3.一种羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以埃洛石纳米管为模板，以水溶性钙盐和磷酸盐为原料生成羟基磷灰石并化学沉淀在埃洛石表面，经后处理得到复合吸附材料；其中，埃洛石纳米管和水溶性钙盐的质量摩尔比为(10～30)g：(18～180)mmol。4.根据权利要求3所述的羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料的制备方法，其特征在于，埃洛石纳米管的制备步骤包括：将埃洛石原矿配成质量浓度为4～6％的埃洛石悬浮液，经过若干级离心提纯，得到埃洛石纳米管。5.根据权利要求3所述的羟基磷灰石/埃洛石纳米管复合吸附材料的制备方法，其特征在于，水溶性钙盐和磷酸盐的Ca/P摩尔比为羟基磷灰石中Ca/P的化学计量比。6.根据权利要求3所述的羟基磷灰石/埃洛石纳米管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智力，郑慧丽，唐远，何东升，杨晶晶，朱秀文，陈琲琲，杨丘，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：