[发明专利]一种镉-氟磷灰石固溶体制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种水热法合成镉‑氟磷灰石固溶体的方法。先使用氮气对超纯水进行脱气，再配制0.2mol/L硝酸镉溶液作为基础液，将氟化钠溶液加入至硝酸镉溶液中并充分混匀，以15s的时间间隔分3次连续将磷酸氢二胺加入至硝酸镉和氟化钠的混合溶液中，最后加入浓氨水，调节pH至7.5后持续在室温下搅拌，将其放入373.15K条件下水浴48h，最后取出样品，得到结晶度高、稳定性好的镉‑氟磷灰石固溶体。取适量镉‑氟磷灰石固溶体在不同pH和不同温度下进行溶解，掌握镉和氟在环境中的迁移、转化与富集的规律。利用该方法合成的镉‑氟磷灰石固溶体具有低成本，易操控，能够实现镉和氟在环境中的长期稳定化推存等优点。

技术领域

本发明属于材料安全领域，涉及镉-氟磷灰石固溶体合成方法及其应用。该方法利用镉离子和氟离子可以替代钙离子和羟基(-OH)进入羟基磷灰石晶格，形成镉-氟磷灰石的完全类质同像固溶体。

背景技术

镉(Cd)，呈银白色，熔点为320.9℃，位于元素周期表第五周期IIB族，原子序数为48。镉有+1价和+2价两种价态，在环境中镉金属以+1价形态存在并不多见，而是主要以+2价的形态存在。对于镉污染主要是通过三废的排放，在环境中易被农作物吸收，并通过食物链进入到人体。当镉元素被人体吸收后，则会取代骨骼中钙，出现骨软化、骨质疏松、萎缩、变形等症状。而世界卫生组织对于镉污染的食品列为优先研究对象；联合国环境规划署提出的12种具有全球意义的危险化学物质中，然而镉元素被列为首位。镉污染主要来源于电镀、冶炼、汽车、航空、颜料、油漆和印刷等行业。2014年我国《全国土壤污染状况调查公报》指出，目前全国土壤污染超标率为16.1％，而以无机型污染占比最大，达到全部超标点位的82.8％。重金属镉是土壤主要无机污染物，占点位超标率为7.0％，对我国土壤安全造成了严重威胁。

镉-氟磷灰石属于磷酸盐类矿物，其可以发生同价或异价类质同象替换形成不同类型矿物。有研究者进行研究，结果表明生成的矿物能够稳定存在，可以成为固定重金属的一种新方法。本发明提供一种以水热合成法合成镉-氟磷灰石，固定废水中的镉、磷和氟。对固定镉、磷及氟元素具有重要意义。

发明内容

本发明目的是提供一种水热合成镉-氟磷灰石固溶体的方法。对制备固溶体经过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)表征，测试在pH分别为恒定2.00、2.00、5.60和9.00以及温度分别为25、35和45℃条件下对于镉、磷和氟的浸出浓度，对溶解度和稳定性进行详细实验分析，为固定镉、磷和氟提供数据支撑。

1.一种镉-氟磷灰石混合晶体固溶体合成方法，其特征在于具体步骤为：

(1)首先利用氮气对超纯水进行脱气处理，然后配制0.2mol/L Cd(NO₃)₂溶液，0.2mol/L NaF溶液，0.2mol/L(NH₄)₂HPO₄溶液；

(2)在干净的烧杯中准备500mL 0.2mol/L Cd(NO₃)₂溶液,并将其转移至干净的1L聚乙烯瓶中；

(3)在磁力搅拌器转速为350～400rmp条件下向(2)中以10mL/s加入100mL0.2mol/L NaF溶液，待加完NaF溶液后持续搅拌2～3min；

(4)在3个100mL的量筒中分别准备好100mL 0.2mol/L(NH₄)₂HPO₄溶液，调节磁力搅拌器转速为650～700rmp，分别以15s的时间间隔连续将3个100mL 0.2mol/L(NH₄)₂HPO₄溶液加入到聚乙烯瓶，待加完(NH₄)₂HPO₄溶液后立刻向聚乙烯瓶中加入浓氨水，快速将pH调至7.5后持续在室温下搅拌10～12min；