[发明专利]一种羟基磷酸钙-活性炭复合材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种羟基磷酸钙-活性炭复合材料及其应用，属于重金属污染治理领域。

背景技术

经济的蓬勃发展，人口的增长及城市化进程的加快，环境污染问题日趋严重。土壤、大气、水体、噪声等污染，已经严重威胁到人类的生存，其中重金属污染事件是典型的环境问题之一，特别是土壤及水体的重金属污染问题日益显现，污染面积逐年增加，已经严重威胁到人类及其他生物体的健康发展。

目前处理重金属的方法主要有：固化稳定化方法、淋洗法、植物修复法、吸附法等。然而这些方法在实际应用中存在一些问题。如已有的对重金属土壤的治理技术中，固化稳定化技术是一种较为成熟且经济可行的方法。但以此方法对重金属污染土壤及水体进行修复时存在材料不能高效利用的问题。同时由于其作用原理主要为水化反应及吸附作用，经过长期风化和酸雨淋溶存在重金属重新溶出的风险。而吸附法则虽然能依据吸附剂上巨大的比表面积、密集的孔结构、或通过吸附剂上各种活性基团与吸附质间所形成的各种化学键，达到有选择性的去除污染物的目的，但存在吸附稳定性差的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是，提高重金属吸附剂的吸附效果，降低重金属吸附剂的生产成本。

本发明的技术方案是，提供一种羟基磷酸钙-活性炭复合材料，所述复合材料包括摩尔数之比为 (24～36)︰1的活性炭和羟基磷酸钙，其制备方法包括以下步骤：(1)将氧化钙或氢氧化钙加入活性炭悬浮的磷酸溶液中，搅拌反应；其中磷酸与氧化钙或氢氧化钙的摩尔数之比为3︰(4.8～5.2)；所述活性炭与磷酸的摩尔数之比为(4～6)︰1；(2)调节溶液的pH至8～9，搅拌，静置陈化；(3)对溶液进行固液分离、烘干、磨细，得到所述复合材料。

进一步地，步骤(1)中所述磷酸与氧化钙或氢氧化钙的摩尔数之比为3︰5。

进一步地，步骤(1)中所述活性炭的粒径≤100目。。

进一步地，在步骤(1)之前，用磷酸溶液活化所述活性炭。

进一步地，步骤(1)中磷酸溶液的浓度为1～2 mol/L。

进一步地，所述复合材料的粒径≤100目。

本发明进一步提供所述复合材料在重金属污染土壤和水体中的应用。

进一步地，所述重金属为金属Pb、金属Cd中的一种或两种。

进一步地，在重金属污染土壤中加入水和所述复合材料，按质量比，重金属污染土壤︰水︰复合材料为100︰(5～35)︰(1～3)。

进一步地，在重金属污染水体中加入所述复合材料，按质量比，重金属污染水体︰复合材料为25︰(0.05～1)。

本发明将固化稳定化技术与吸附法结合起来，制备一种新型重金属吸附材料。由于活性炭是一种吸附能力较强的吸附材料，重金属离子易于进入活性炭的空隙中而得到分离；且羟基磷酸钙是含氢氧根的纯正端元，具有无毒、无刺激性且化学性质稳定的特点，还可通过阳离子交换的形式与重金属进行离子交换，从而对污染物进行去除。故该新型材料以活性炭和羟基磷酸钙作为主体，通过适当的制备过程将两者结合，制备出一种羟基磷酸钙-活性炭复合重金属吸附材料。该新型材料能对土壤及水体中的重金属污染物进行高效去除。

本发明提供的羟基磷酸钙-活性炭复合材料去除重金属Pb²⁺、Cd²⁺的工作原理为：一是Pb²⁺、Cd²⁺直接吸附在羟基磷酸钙表面，发生离子交换反应或溶解-沉淀反应。离子交换吸附是羟基磷酸钙晶格中的阳离子与Pb²⁺、Cd²离子发生离子交换，Pb²⁺、Cd²⁺离子进入羟基磷酸钙的晶格中形成新的物相。溶解-沉淀反应是指羟基磷酸钙有表面溶出现象，溶解处的络阴离子与Pb²⁺、Cd²⁺离子相互作用形成了铅、镉的新相矿物沉淀。二是Pb²⁺、Cd²⁺直接被活性炭吸附去除，或借助于活性炭的载体作用，Pb²⁺、Cd²⁺离子被活性炭吸附后，再与羟基磷酸钙发生离子交换或溶解-沉淀反应，提高重金属离子与羟基磷酸钙的吸附时间，使重金属的去除效率进一步增大。