摘 要

羟基磷灰石（HAP）还称碱式磷酸钙，是动物和人体骨骼的主要无机成分，在人体内可以产生一定的溶解，生物相容性良好^[1]，是一种优良的生物材料^[2]。由于其生物相容性良好，对环境友好，成本低，羟基含量丰富，所以现代化学领域经常出现它的身影，由于其分散性优良，比表面积大，合成简单，所以羟基磷灰石在水处理方面一直有着良好的应用前景。

铅离子是一种二价金属离子，广泛存在于各种类型的工业污水中，毒性大，可对生物的神经，骨骼，视觉等系统造成不可逆的伤害，为2B级致癌物，所以铅离子污水的治理也是国内外难题之一。

本课题的任务为利用沉淀法，原料为磷酸氢二铵和氯化钙制备羟基磷灰石固体，用XRD等仪器对制备得的固体进行表征。从红外光谱得到了羟基，磷酸根的特征峰，XRD图与标准图谱比对，确定了羟基磷灰石成功制备。已有文献证明羟基磷灰石对铅离子具有非常优良的吸附稳定性，所以需要对所得的吸附剂进行铅离子吸附性能实验，考察不同时间，不同PH，不同吸附剂投加量以及不同温度的条件对吸附剂吸附离子对影响；使用的铅离子溶液为醋酸铅。结果表明，羟基磷灰石对铅离子的吸附随着温度的升高，最大吸附量随之升高但变化不大，最合适的吸附温度为35℃；随着PH的增大，吸附量逐渐增大，在PH=3-6的情况下吸附剂都能有良好的吸附效果；随着投加量增加，吸附量也随之增大，在某一点处增大趋于平缓，该点为1.5g/L；随着时间的变化，溶液浓度逐渐降低，并在100min时达到吸附平衡，饱和吸附量为135mg/g。

关键词：羟基磷灰石 铅离子 吸附

Preparation and Characterization of Hydroxyapatite

Abstract

Hydroxyapatite (HAP), also known as basic calcium phosphate, is the main inorganic component of animal and human bones. It can produce certain dissolution in the human body and has good biocompatibility. It is an excellent biological material. Because of its good biocompatibility, environmental friendliness, low cost, and rich hydroxyl content, modern chemical fields often appear in its shadow. Because of its excellent dispersion, large specific surface area and simple synthesis, hydroxyapatite is treated in water. Has always had a good application prospects.

Lead ion is a kind of divalent metal ion. It is widely present in various types of industrial wastewater. It is toxic and can cause irreversible damage to biological nerves, bones, and vision systems. It is a type of 2B carcinogen, so lead ion sewage is Governance is also one of the problems at home and abroad.

The task of this project is to prepare hydroxyapatite solids using diammonium phosphate and calcium chloride using precipitation method. The prepared solids were characterized by SEM, XRD and other instruments. The characteristic peaks of hydroxyl and phosphate were obtained from the infrared spectrum. The XRD pattern was compared with the standard spectrum, and it was confirmed that the hydroxyapatite was successfully prepared. The literature has proved that hydroxyapatite has very good adsorption stability for lead ions, so it is necessary to carry out the lead ion adsorption performance test on the obtained sorbent, and examine the different time, different pH, different temperature and different adsorbent dosage. The influence of the amount and the different temperature conditions on the adsorption of the ion pair by the adsorbent; the lead ion solution used is lead acetate. The results showed that the adsorption of lead ions by hydroxyapatite increased with the increase of temperature, but the maximum adsorption amount did not change greatly. The most suitable adsorption temperature was 35°C; the adsorption amount gradually increased with the increase of pH. Increased, the adsorbent can have good adsorption effect in the case of PH=3-6; as the dosage increases, the adsorption amount also increases, increasing at a certain point tends to be flat, this point is 1.5g/L. With the change of time, the concentration of the solution gradually decreases, and the adsorption equilibrium is reached at 100 minutes ,saturated adsorption capacity is 135mg/g.

Keywords：Hydroxyapatite；Lead ion；Adsorption

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2铅离子的危害 1

1.3铅离子去除方法概述 2

1.3.1沉淀法 2

1.3.2电渗析法 3

1.3.3膜分离法^[7,8] 3

1.3.4电化学法 3

1.3.5吸附法 3

1.4吸附剂 4

1.5羟基磷灰石主要制备方法 5

1.5.1干法制备 5

1.5.2湿法制备 5

1.6研究内容 6

第二章 实验部分 8

2.1试剂与仪器 8

2.1.1实验试剂 8

2.1.2实验设备 8

2.2羟基磷灰石的制备与表征 9

2.2.1羟基磷灰石的制备 9

2.2.2羟基磷灰石成品的表征 10

2.3羟基磷灰石吸附性能测定实验 10

2.3.1铅离子溶液的制备 10

2.3.2 温度对吸附性能的影响 10

2.3.3 PH对吸附性能的影响 11

2.3.4 固体投加量对吸附性能的影响 11

2.3.5吸附时间对吸附性能的影响 12

第三章 实验结果 13

3.1表征结果 13

3.1.1傅里叶变换红外光谱 13

3.1.2 X射线衍射仪 13

3.2吸附性能测定实验结果 14

3.2.1温度对吸附性能的影响 14

3.2.2 PH对吸附性能的影响 15

3.2.3固体投加量对吸附性能的影响 16

3.2.4时间对吸附性能的影响 17

第四章 总结 18

参考文献 19

感想与鸣谢 22

第一章 绪论

1.1研究背景

当今社会，人类在工业方面发展迅速，化工技术不断进步，科技的进步为人类带来了巨大的便利与财富，但与此同时也造成了诸多的环境污染，全球的环境问题也变为了世界关注的焦点，土壤盐碱化，空气污染，全球变暖，水体污染，生物多样性破坏等诸多问题困扰着人类，甚至给人类的生存带来了严重威胁。水污染是其中一种严重的环境污染问题，重金属离子污染由于处理困难，处理量大，处理成本高等问题一直被世界广泛关注^[3]。铅作为工业原料被广泛应用于各种工业生产中，大部分以废水的形式排放于环境中，造成了大面积的污染。一些化学物质能在环境下自主降解为一些无害的化学物质或者化合物，但是铅离子不行，它被排放到环境之后能一直保持自己的物理化学性质很长时间，因为他具有累积性和富集性，动植物摄入铅离子后，自身不能通过代谢将铅离子排出体外，而是在食物链逐渐累积，这样铅离子就会通过这种累计进入食物链顶端的人类体内。由于铅离子的稳定性，而且具有一定的毒性和生物破坏性，所以铅在各个规章和标准中被划入强污染物中，去除方法也一直为国内外的难题。铅离子来源广泛，诸如煤矿采矿业、金属冶炼工业、冶金、燃料发电等工业排放的废水，汽车尾气（有的汽油加入了甲乙基铅），个别含铅的化工污水，铅蓄电池工业的废液，含铅设备的腐蚀液，植物吸收富集焚烧后的灰烬溶液，各种农业活动，废弃的电工电料，印染涂料产业等。因此，研究铅离子如何在污水中的去除对改善环境污染，保障人体健康和安全有着重要的意义。

1.2铅离子的危害

铅离子可以和人体内绝大多数的有机物（各种酶，人体组成物质）和无机物（微量元素等）发生反应而使它们失活，其在生物体内还不能被代谢而一直累积，所以会在人体内累计造成慢性中毒，累积到一定程度就会产生人体的病变，而且铅离子在人体浓度很低的情况下就能产生很多的病变。

铅离子具有一定的毒性，进入人体后能对人类的神经系统^[2]，泌尿系统，骨骼系统，生育系统，消化系统，心血管系统，牙齿等造成不可逆转的破坏，引起贫血，多病，骨质疏松，神经衰弱，失眠，抑郁等病症。某些人因为工作需要经常接触低浓度的铅离子，这样也会使铅离子进入人体体内。若血液中铅浓度达到80mg/100ml，中毒者就会出现头痛、晕眩、乏力、记忆衰退和失眠等症状。铅会损伤神经末梢，让中毒者的运动能力和感觉出现障碍。同时，铅会随着血液进入大脑，杀死脑细胞，致使新陈代谢紊乱，破坏体内物质的传递，引发脑内小毛细血管内皮细胞肿胀，最终导致慢性脑损伤。如果在怀孕期间孕妇意外铅中毒，甚至可能导致流产，死胎或畸形。铅离子还会伤害人体的许多内脏及器官，诸如肝脏，肾脏，心脏，大脑，脾胃等都容易被铅离子所侵害而引发许多病症，诸如消化不良、胃绞痛、失眠烦躁、心悸、心肌梗塞、抑郁症，甚至还会引发肾衰竭。铅离子对视力伤害也是致命的，诸如夜盲症，失明和视神经萎缩^[4]。铅是一种积累性的毒物，所以铅可以通过富集效应，铅离子可以通过食物和污染的水体进入人体，最终富集于人体的软组织和血液中，且浓度只会越来越高，直到最后不再变化^[5-7]。

1.3铅离子去除方法概述

1.3.1沉淀法

  沉淀法主要有两种：混凝沉淀法和化学沉淀法。化学沉淀法为主要方法，通过加入一些化学沉淀剂与水中的铅离子发生沉淀反应使有害离子被富集。其工艺简单、成本低、制备条件易于控制；但物料投加量大，产生的沉淀造成二次污染。

1.3.2电渗析法

  主要的工具为离子交换膜，以离子交换膜为中心，利用电位差的推动力使水和带电粒子分离，优点为能耗少，药剂消耗量少，操作方便但是缺点也很明显，部件多，对设备组装要求高，容易结垢等缺点。

1.3.3膜分离法^[7,8]

膜分离法是当今科技前沿的一种分离方法，低能耗，易于自动控制，不对环境造成污染，用途广泛，操作快捷，但缺点也很明显，高昂的设备费用和运行费用使它不能广泛普遍的使用，运行时膜的孔隙也容易被结出的污垢堵住必须进行处理清洗才能进一步使用。

1.3.4电化学法

电化学法是利用原电池和电解池的正负极阴阳极反应使有害的金属离子变为其单质金属，使其回归元素状态，但是由于其电力供应十分昂贵，投资资本也很大，所以并没有被广泛应用^[9]。

1.3.5吸附法

吸附法是目前公认最有效最经济的铅离子处理方法，在实验室和工业应用中都十分广泛。吸附过程设计和操作都具有很高的灵活性，不仅成本低，设计简单，许多情况下还可以高质量的处理污水。因此其在水处理方面吸附法被广泛关注；此外，由于吸附具有可逆性，吸附剂可以通过解吸进行再生。吸附分离的原理是利用固体的物理化学性质，实现对废水中有害物质的吸附清除，吸附分离分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。吸附分离主要用来处理有毒或难降解的杂质，例如本课题中的铅。用于吸附二价铅离子的吸附材料有许多选择，例如两亲性杂化材料、聚合物颗粒，活性炭，多壁碳纳米管和羟基磷灰石，介孔二氧化硅等^[9,10]。

1.4吸附剂

本实验采用的吸附剂是羟基磷灰石，羟基磷灰石（HAP）是一种可微量溶解于水的盐，其是动物人类的骨骼和牙齿的主要无机成分^[11]。由于其良好的生物相容性，环境友好性，成本低，丰富的羟基含量等特点在现代材料化学领域引起了人们的广泛关注，在医疗，美容，制药等领域均有着广泛应用。由于HAP比表面积大，分散性好，合成简单，羟基磷灰石在污水处理方面有着很好的应用前景。羟基磷灰石的六方晶型结构有利于离子交换，作为一种强离子交换剂，HAP表面的金属离子可以交换重金属离子^[12,13]。

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