[发明专利]一种铅-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‑氟磷灰石固溶体的方法。通过配制硝酸铅和氟化钠溶液作为Pb和F源，利用500mL硝酸铅溶液作为基础液，然后利用100mL滴定管将氟化钠溶液以连续均一的速率完全加入至硝酸铅溶液中，再将磷酸氢二胺以5mL/s的速度连续加入至硝酸铅和氟化钠的混合溶液中并以600rmp的速度搅拌，最后加入浓氨水，调节pH至8.0后持续在室温下搅拌，将其放入100℃水浴2d，最后取出样品，用优级纯乙醇洗涤样品，得到结晶度高、稳定性好的铅‑氟磷灰石固溶体。利用该方法合成的铅‑氟磷灰石固溶体具有低成本，易操控，能够实现铅、磷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，涉及铅-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-氟磷灰石的完全类质同像固溶体。

背景技术

铅(Pb)是一种最软的重金属元素，呈灰白色，位于元素周期表第六周期ⅣA族，原子序数为82。铅有+2和+4两种价态，由于四价铅离子具有强氧化性，不能在环境中稳定存在，因此，土壤和天然水体中铅主要以二价铅离子(Pb²⁺)的形态存在，其含量和形态明显受SO₄^2-、CO₃^2-、HCO₃^-、SiO₃^2-、PO₄^3-、F^-和OH^-等影响。同时，铅能以PbHPO₄、Pb₃(PO₄)₂、Pb(OH)₂、Pb(OH)₃^-、PbF₂等多种形态存在环境中。铅及其铅的化合物性质稳定，属于不可降解的污染物，它们能通过三废(废水、废气和废渣)进入环境，并在环境中积累。世界范围内，土壤中铅含量范围为2～200mg/kg，平均值为35mg/kg。土壤中的铅及其化合物会被植物吸收，并通过食物链进入动物和人体中。铅进入人体后，会阻碍血液的合成，对人体的骨髓、造血系统、神经系统和免疫系统等造成严重危害，从而导致肢体酸痛、贫血动脉硬化和消化道溃疡等疾病。儿童对铅比成年人更敏感，铅进入儿童体内容易造成脑组织损伤，从而导致发育迟缓、食欲不振、听觉障碍和智力低下等疾病。铅进入孕妇体内则会通过胎盘屏障，影响胎儿发育，造成畸形等。

铅-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-氟磷灰石，除去并固定废水中的铅、磷和氟。

发明内容

本发明目的是提供一种水热合成铅-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为2.00，温度分别为25、35和45℃条件下对于铅、磷和氟的浸出浓度，对溶解度和稳定性进行详细实验分析，为固定铅、磷和氟提供数据支撑。

1.一种铅-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)首先通过煮沸对超纯水进行脱气，然后配制0.2mol/L Pb(NO₃)₂溶液，0.2mol/LNaF溶液，0.2mol/L(NH₄)₂HPO₄溶液；

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

(3)将聚乙烯瓶放置于磁力搅拌器上，设置搅拌速度为550～600rmp，温度为25℃，搅拌时长为4～5min，并测其pH；