[发明专利]一种铅-钙-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铅‑钙‑氟磷灰石固溶体的方法。首先利用硝酸钙、硝酸铅和氟化钠作为Ca、Pb和F源，然后利用煮沸法获取脱气超纯水，通过配制硝酸铅和硝酸钙溶液，并以450:50、400:100、250:250、100:400、50:450钙与铅的比例混合作为基础液，将氟化钠溶液加入至硝酸铅与硝酸钙混合溶液中，再将磷酸氢二胺加入至硝酸铅、硝酸钙和氟化钠的混合溶液中，最后加入浓氨水，调节pH至8.0后持续在25℃下搅拌，将其放入100℃恒温水浴加热48h，最后取出样品，得到结晶度高、稳定性好的铅‑钙‑氟磷灰石固溶体。

技术领域

本发明属于材料安全领域，涉及铅-钙-氟磷灰石固溶体合成方法及其应用。该方法利用铅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，形成铅-钙-氟磷灰石的完全类质同像固溶体。

背景技术

铅(Pb)，原子序数为82，熔点为327℃，沸点为1740℃，是电和热的不良导体，有强的抗腐蚀性能。常见的铅有+2和+4两种价态，其形成的化合物有黄色的氧化铅，红褐色的二氧化铅，鲜红色的四氧化三铅和黄色的铬酸铅。世界卫生组织曾公布铅是对人体毒性最强的三种重金属之一，对人体无任何生理益处，而人体中理想的血铅浓度应为零，因为人体中血铅每增加10μg，其智商数将会下降2～3。铅一般由呼吸道、消化道和皮肤进入人体，对人体组织有较好的亲和力，进入人体一段时间后将会转移至骨骼上，以不溶性的磷酸铅形式沉积在人体内。人体中存在过量的铅会干扰血红素的合成，侵袭红细胞，导致贫血；对神经系统有损害作用，严重时会损害脑细胞，导致脑损伤。铅污染是一个全球化的问题。人类生产活动，如冶炼、电镀和制革等排放的工业“三废”，以及农田污灌、施肥和污泥农用，都不同程度上增加了环境中铅污染负荷，大大超过了环境本身的自净能力，导致水体受到不同程度的铅污染。氟(F)，原子序号为9，是一种非金属元素并且属于卤族元素。氟是自然界中广泛分布的元素之一，主要以萤石、冰晶石和氟磷灰石的形式存在。氟在正常成年人体中约含2～3g，主要分布在骨骼和牙齿中，而氟在血液中每毫升含有0.04～0.4μg。人体所需的氟主要来自饮用水，但是人体每日摄入量超过4mg时会造成中毒，损害健康。而对于我国某些省份地下水氟含量调查结果发现，浅层、中层和深层地下水中高氟水(氟含量1.0mg/L)的分布面积分别占全省面积的37.15％、22.40％和39.20％。所以需要一种新方法进行固定铅和氟，形成稳定的矿物，到达有效控制铅和氟污染。

铅-钙-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铅-钙-氟磷灰石，除去并固定废水中的二价铅和一价氟。

发明内容

本发明目的是提供一种水热合成铅-钙-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)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征，测试在pH分别为2.00、5.60和9.00条件下对于铅和氟的浸出浓度，对溶解度和稳定性进行详细实验分析，为固定铅和氟提供数据支撑。

1.一种铅-钙-氟磷灰石固溶体合成方法，其特征在于具体步骤为：

(1)首先对超纯水进行煮沸脱气处理，然后待冷却后立刻配制0.2mol/L Pb(NO₃)₂溶液，0.2mol/L Ca(NO₃)₂溶液，0.2mol/L NaF溶液，0.2mol/L(NH₄)₂HPO₄溶液；