一种新型废水重金属吸附有机-无机复合材料的制备及其机理研究

Heavy metal ion water pollution is one of the most serious problems for the world water pollution.The development of treating the heavy metal waste water technology is a worldwide issue. Hydroxyapatite(HA) is used as a new water pollution adsorption material which has some problems such as low adsorption rate, undefined adsorption mechanism and theoretical model. So the application of HA is restricted. In this project, nano-hydroxyapatite powders with high surface area, high adsorption, uniform particle size and good dispersion properties are produced by "microemulsion-sol-gel" new way. In order to improve its performance, the hydroxyapatite powder will be modified with the organic polymer groups to varies functional materials. Organic composite inorganic compound for adsorption heavy metal waste water is a new type material. The research focus on the technology of preparing new materials, modification mechanism and binding sites function mechanism. Interaction conditions of HA adsorption heavy metal ion, the influence factors and the theoretical model of the hydroxyapatite adsorption heavy metal ion will be also studied, which will spread its application ,technology and promote theoretical basis.

重金属污染作为当今世界水资源污染的主要根源之一正在蚕食人类社会大量的水资源，发展重金属废水处理技术正成为一个紧迫的世界性课题。羟基磷灰石改性材料（HA）作为目前用来进行重金属废水处理的关键材料之一，由于其吸附能力不足、吸附率较低、吸附机理和理论模型等方面研究的还不够深入，严重制约了它的应用。本项目用"微乳液-溶胶-凝胶法"制备高比表面积、高吸附性、粒度均匀、分散性好的羟基磷灰石纳米粉体（50nm左右），通过有机高分子基团（具有双亲水嵌段共聚物）网络嫁接技术进行改性，开发出多种功能性单体，制备成一种新型的用于废水重金属吸附的有机-无机复合吸附材料。研究该材料的制备技术和原理，分析改性机理、结合位点的作用机理及聚合物的形态和传质机理，研究HA对各种重金属相互作用的条件、影响因素及吸附机理，确定羟基磷灰石吸附重金属的理论模型，为其应用和推广奠定技术及理论基础。

近年来，随着人们环保意识的增强，对废水中重金属污染问题的处理成为一个热点话题。现今，已开发的脱除重金属的材料中，存在着成本高、脱除效果差、再生过程中污染严重等问题，因此急需开发一种成本低廉、环境友好的高效脱除重金属的新型材料。纳米羟基磷灰石(HA)由于具有特殊的晶体结构和比表面大、粒度小、制备工艺简单等特点，成为近年来研究较多的新型的环境功能材料。但由于其吸附能力不足、吸附率较低、吸附机理和理论模型等方面研究的不够深入，又严重制约了它的应用。本项目首次采用微乳液-溶胶-凝胶法，使硝酸钙、磷酸、氨水、乙醇溶胶体系增溶于Triton X-100/正戊醇/环己烷的油相体系中，合成了高比表面积、高吸附性、粒度均匀、分散性好的HA纳米粉体（50-100nm）。除此之外，通过采用不同表面活性剂模板法调控合成了高比表面积的棒状、片状纳米HA。用不同的有机高分子聚乙二醇（PEG）、聚丙烯酰胺（PAM）、硬脂酸（SA）等对HA进行了改性实验研究，制备成了一种新型的用于废水重金属吸附的有机-无机复合吸附材料，确定了该材料的制备技术和改性机理。随后，系统的研究了HA及复合材料对水溶液中重金属离子的吸附性能，理清了溶液pH值、吸附时间、温度、吸附剂的用量、初始浓度等因素对HA及复合材料吸附重金属离子的影响；绘制了吸附等温线；用一级、二级、Elovich、粒子内扩散模型对HA及复合材料吸附重金属离子的过程进行了动力学研究；确定了HA及复合材料对重金属离子的吸附机理，为其应用和推广奠定技术和理论基础。