[发明专利]一种碳羟基磷灰石/玻璃粉复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附剂材料及其制备方法，具体来说，是一种碳羟基磷灰石/玻璃粉复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

重金属是人体健康不可或缺的“微营养物”，它广泛存在于人体肌肉及骨骼中，在人类的生命活动和代谢过程中起着十分重要的作用。但是，当这些重金属含量较高时，就会对人体产生毒害作用。在高浓度重金属环境中，通过饮食或其他方式摄取过量的重金属将会引起中毒，而且还可能产生严重的后果。近年来，关于土壤和水重金属离子超标的现象与问题接连出现，成为困扰社会的一大难题。

关于废水中重金属污染物进行治理，当前世界各国都很重视对重金属污染治理方法的研究。日本利用天然沸石资源，如丝光沸石、斜发沸石、膨润土等制重金属离子吸附剂的研究。美国利用废粘土制备重金属离子吸附剂。我国周永国等用脱乙酰甲壳处理含Cu2+废水；陈泉水用粉煤灰处理含重金属废水，处理后的废水可以达到排放标准；杨晓玲用硅藻土处理含Pb2+，As3+，Cd2+的重金属废水，日本用蒙脱石处理铸铁生产污水，印度的Y.C.Sharma用瓷土(主要成分是高岭土)处理含Cr6+废水，发现吸附效果良好，G.Blanchard等用天然斜发沸石去除废水中的Pb2+、Zn2+、Cu2+等重金属离子，我国曾用凹凸棒石、粘土处理含Pb2+、Cd2+废水，处理后的水质达到国家排放标准，聂利华等研究了用海泡石处理含铅、汞、镉废水和镀镍废水，经海泡石处理过的上述废水可以达到国家排放标准；日本的T.Suzuki等研究发现合成的羟基磷灰石对重金属离子(Pb2+、Cd2+、Cu2+、Ba2+)具有很好的去除效果：武汉化工学院开发出利用改性磷灰石去除废水中的Pb2+技术，去除率接近100％。在这些材料中，矿物环境材料更是人们关注的重点。自然资源制备吸附剂，原料来源广，制造容易、价廉。但吸附剂使用寿命短，重金属吸附饱和后再生困难，难以回收重金属资源。目前的研究，主要是选择恰当的活性炭，提高再生洗脱效果。但活性炭的吸附速度较慢，吸附容量较小，不适于有害浓度高的废水。

一般的日用玻璃为硅酸盐系统，而其作为人们日常生活中消费量巨大的重要物品，在消费使用后由于没有得到有效的回收和利用，大多成为充斥城市垃圾场的污染物，既破坏环境又浪费资源。一般的硅酸盐系统玻璃的软化温度Tg较低，烧结后会产生液相能与羟基磷灰石更好的粘结在一起。

碳羟基磷灰石是一类羟基磷灰石的衍生材料，在它的分子中，部分磷酸根离子被碳酸根置换，导致其晶体晶格发生一定变化。这是近年来发现的一种具有较强吸附性能的重金属吸附剂。可广泛用于吸附去除土壤或废水中的重金属离子、F-等无机离子和蛋白质、苯酚等有机物。用实验室合成的碳羟基磷灰石对部分重金属离子的去除率可以达到100％，优于其它同类产品，是一种高效的处理剂。

由碳羟基磷灰石和玻璃组成的羟基磷灰石/玻璃粉复合材料可以有效去除水中的重金属离子污染物。但是至今没有关于碳羟基磷灰石/玻璃粉复合材料制备方法的研究报道，也没有关于碳羟基磷灰石/玻璃粉复合材料作为吸附剂吸附去除水中重金属离子污染物的研究报道。因此，开发低成本生产碳羟基磷灰石的产业化技术和装备，使其能够大量应用到工业废水重金属离子处理领域中，具有十分重要的经济价值和意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种碳羟基磷灰石/玻璃粉复合材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种碳羟基磷灰石/玻璃粉复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)按照碳羟基磷灰石的化学方程式配制可溶性钙盐、磷酸盐、碳酸盐和碱溶液，并将磷酸盐和碳酸盐溶液依次加入到钙盐溶液中，分别采用碱溶液调节溶液的pH至碱性，反应后通过陈化、洗涤、过滤、干燥、研磨得到碳羟基磷灰石粉体；(2)将步骤(1)所得粉体和玻璃粉以及粘结剂混合均匀后压制成型，并在500-800℃下进行煅烧，即得碳羟基磷灰石/玻璃粉复合材料。

所述的可溶性钙盐为硝酸钙或氯化钙等；磷酸盐溶液为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾或磷酸氢二钾等；碳酸盐溶液为碳酸钠或碳酸钾；碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾或氨水。

所述可溶性钙盐、磷酸盐、碳酸盐、碱溶液的浓度为0.1-5mol/L。

所述的粘结剂为羧甲基纤维素钠或聚乙烯醇。

所述的步骤(2)中，所述陈化温度为15-100℃。

所述碳羟基磷灰石粉体和玻璃粉以及粘结剂的质量比为(0.5～2)：(0.5～2):1。

所述压制成型的压力为5-20MPa。