羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的制備方法【
技術領域：
】[0001]本發明屬于廢物資源化利用和水處理
技術領域：
，特別涉及一種羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的制備方法。該方法利用絲瓜絡為植物模板，經過工藝控制，制備出以羥基磷灰石和活化碳為主要材料的重金屬復合吸附劑。【
背景技術：
】[0002]重金屬是一種可在生物體內蓄積的有毒元素，隨著工業的發展，重金屬污染受到廣泛重視，重金屬進入環境后會在生物鏈中累積和富集，且不能被生物降解，可長期潛伏在環境中，并伴隨食物鏈進入人體嚴重危害生命健康。目前水中重金屬的去處方法主要有化學沉淀法、電浮選法、離子交換法、膜分離法和吸附法，其中吸附法由于其具有不產生二次污染，可再生回收等優點而備受重視。目前，最常用的吸附劑有活性碳和改性纖維素等，但是大多吸附劑因成本高或是生產工藝復雜而限制其應用。[0003]遺態材料是借用自然界經億萬年的生物自身多層次、多維、多結構的本征結構，通過人工方法，變更其結構組分，制備出既保持自然界生物精細結構，又通過有選擇性的復合，人為賦予特性和功能的材料。它主要將植物模板的機理引入無機材料的合成和復合材料的制備，以天然植物結構為模板，制備出各種各樣具有鮮明植物結構特點、獨特顯微組織、組織結構可控、物理和力學性能可控的有序多孔無機纖維材料，從而制備出具有植物纖維生態陶瓷和金屬材料所具有的綜合性能優良的遺態材料。[0004]目前，國內外的研宄者們已在嘗試以不同的纖維材料(如桉樹、毛竹、棉花、稻殼、黃麻、紙制品等)為模板制備獲得具備不同傾向功能的遺態多孔氧化物。通過炭化工藝控制可以將植物結構材料轉化為具有多孔結構的炭材料，該材料經過特殊表面處理即可具有很強吸附活性，可應用于水體凈化，改善居住環境，電磁波屏蔽等環境保護等領域。[0005]羥基磷灰石屬表面活性材料，它與生物體硬組織有相似的化學成分和結構，具有良好的生物相容性和生物活性，是較好的生物陶瓷材料，但是其力學性能尚有不足，用于制造具特殊空隙結構的吸附材料，難以滿足液體通過沖刷的破壞承受度。[0006]VegetableSpongeo/別名絲瓜筋、絲瓜布，國外叫植物海綿，為葫蘆科植物絲瓜老熟后去皮和種子的絲瓜果實維管束，表觀多呈長棱形或長圓筒形，略彎曲，長30~70cm，直徑7~10cm。表面淡黃白色。體輕，質韌，有彈性，不能折斷。橫切面可見子房3室，呈空洞狀，里面有網狀纖維豐富，且單根網狀纖維具有不同尺度范圍的有序多孔的特殊解剖結構，通過適宜浸煮劑的預處理可以方便地將單根網狀纖維中導管孔的浸填體組織去除，大幅度增加絲瓜絡網狀纖維內部結構的三維網絡連通性，提高后期浸漬性能，同時提高產物的網絡連通性，利于制備多孔吸附材料。【
發明內容】[0007]本發明的目的是提供一種羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的制備方法。對制得的重金屬吸附劑進行物相與結構、成分組成以及形貌特征實驗表征，并應用于水環境常見重金屬元素的吸附處理，為重金屬污染治理提供一種廉價和環境友好的材料，為農業廢物絲瓜絡的利用提供一種新方法、新途徑。[0008]本發明方法的思路:以低濃度(NH4)2ΗΡ04和飽和Ca(OH)2溶液為基礎液，采用原位合成技術制備獲取絲瓜絡遺態結構復合重金屬吸附劑，通過人工控制制備工藝，制成具有天然植物結構形態的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構復合重金屬吸附劑。[0009]具體步驟為:(I)將絲瓜絡自然晾干，去皮，去籽，碎化為15X15X15mm3尺寸的塊體。[0010](2)配制體積濃度為5~8%的稀氨水作為浸煮劑。[0011](3)分別配制0.02-0.05mol/L的(NH4)2ΗΡ04溶液和飽和Ca(OH)2溶液作為原位合成基礎液。[0012](4)將步驟(I)獲得的塊體置于步驟(2)所獲得的浸煮劑中，在100~110°C下浸煮6~8小時，完成抽提預處理。[0013](5)將步驟(4)獲得的產物用超純水洗凈后置于80°C環境下干燥24小時，并于溫度為400~500°C的馬弗爐中焙燒2~3小時，并爐冷至室溫。[0014](6)將步驟(5)獲得的產物浸沒于步驟(3)所獲得的飽和Ca(OH)2S液中，并在25~35°C的水浴內保溫24~48小時。[0015](7)將步驟(6)獲得的產物在步驟(3)所獲得的(NH4)2HPO4溶液中浸泡2小時，然后取出產物浸沒于步驟(3)所獲得的飽和Ca(OH)2溶液2小時，試樣在每次浸泡后均用超純水沖洗19~21秒，并置于50°C烘箱內烘干2小時。[0016](8)重復步驟(7)五次。[0017](9)將步驟⑶獲得的產物磨碎，過100~150目篩，即制得羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑。[0018]本發明方法工藝簡單易行，制備過程費用低廉，由于利用絲瓜絡、石灰石等為主要原材料，材料易得，經過工藝控制，大大提高了材料對重金屬的吸附性能；所得的產品可廣泛應用于重金屬污染水處理中。【附圖說明】[0019]圖1為本發明實施例制得的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的紅外光譜圖(F1-1R)。[0020]圖2為本發明實施例制得的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的X射線衍射圖(XRD)。[0021]圖3為本發明實施例制得的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的掃描電子顯微鏡鏡檢圖(SEM,X30倍)。[0022]圖4為本發明實施例制得的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的掃描電子顯微鏡鏡檢圖(SEM,X500倍)。[0023]圖5為本發明實施例制得的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑對不同初始PH值條件下水溶液中三種不同濃度鎘(II)的吸附影響變化圖。【具體實施方式】[0024]實施例:一、羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的制備(I)將絲瓜絡一根自然晾干，去皮，去籽，碎化為15X15X15mm3尺寸的塊體。[0025](2)配制體積濃度為5%的稀氨水作為浸煮劑。[0026](3)分別配制0.02mol/L的(NH4)2ΗΡ04溶液和飽和Ca(OH)2溶液作為原位合成基礎液。[0027](4)將步驟⑴獲得的塊體置于步驟(2)所獲得的浸煮劑中，在105°C下浸煮7小時，完成抽提預處理。[0028](5)將步驟⑷獲得的產物用超純水洗凈后置于80°C環境下干燥24小時，并于溫度為500°C的馬弗爐中焙燒2小時，并爐冷至室溫。[0029](6)將步驟(5)獲得的產物浸沒于步驟(3)所獲得的飽和Ca(OH)2S液中，并在25°C的水浴內保溫48小時。[0030](7)將步驟(6)獲得的產物在步驟(3)所獲得的(NH4)2HPO4溶液中浸泡2小時，然后取出產物浸沒于步驟(3)所獲得的飽和Ca(OH)2溶液2小時，試樣在每次浸泡后均用超純水沖洗20秒，并置于50°C烘箱內烘干2小時。[0031](8)重復步驟(7)五次。[0032](9)將步驟⑶獲得的產物磨碎，過100~150目篩，即制得羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑。[0033]將本實施例制得的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構復合重金屬吸附劑的物相與結構、成分組成以及形貌特征采用X射線衍射儀(XRD，X'PertPR0)、熱重一紅外連用系統(STA-449C；470FT-1R)能譜儀和掃描電子顯微鏡(SEM，JSM-6380LV)進行觀察測試，具體見說明書附圖1、2、3和4。[0034]二、重金屬吸附劑對鎘(II)的吸附效果(I)使用CdNO3(分析純)配制濃度為5mg/L、10mg/L和50mg/L的鎘(II)待處理液各8瓶，使用HNO3和NaOH分別將待處理液的pH值調至1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0和9.0ο[0035](2)分別移取50ml步驟(I)制得的待處理液編號裝瓶于10ml離心管中備用。[0036](3)步驟⑵備用離心管的待處理液中分別加入0.1g本實施例制得的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑，加蓋密封后進行振蕩頻率為150r/min的25°C恒溫振蕩，振蕩時間為6小時。[0037](4)取步驟(3)的產物過0.22Mffl微孔濾膜，使用火焰原子吸收光譜法測定殘余的鎘(II)濃度，獲得在pH值為1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0和9.0條件下產品對濃度為5mg/L、10mg/L和50mg/L的鎘(II)待處理液吸附效果，具體見說明書附圖5。【主權項】1.一種羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的制備方法，其特征在于具體步驟為:(1)將絲瓜絡自然晾干，去皮，去籽，碎化為15X15X15mm3尺寸的塊體；(2)配制體積濃度為5~8%的稀氨水作為浸煮劑；(3)分別配制0.02-0.05mol/L的(NH4)2ΗΡ04溶液和飽和Ca(OH)2溶液作為原位合成基礎液；(4)將步驟⑴獲得的塊體置于步驟(2)所獲得的浸煮劑中，在100~110°C下浸煮6~8小時，完成抽提預處理；(5)將步驟(4)獲得的產物用超純水洗凈后置于80°C環境下干燥24小時，并于溫度為400~500°C的馬弗爐中焙燒2~3小時，并爐冷至室溫；(6)將步驟(5)獲得的產物浸沒于步驟(3)所獲得的飽和Ca(OH)2溶液中，并在25~35°C的水浴內保溫24~48小時；(7)將步驟(6)獲得的產物在步驟(3)所獲得的(NH4)2HPO4溶液中浸泡2小時，然后取出產物浸沒于步驟(3)所獲得的飽和Ca(OH)2溶液2小時，試樣在每次浸泡后均用超純水沖洗19~21秒，并置于50°C烘箱內烘干2小時；(8)重復步驟(7)五次；(9)將步驟(8)獲得的產物磨碎，過100~150目篩，即制得羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑。【專利摘要】本發明公開了一種羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構重金屬吸附劑的制備方法。該方法利用絲瓜絡多級多孔結構的優勢，通過原位合成方法將羥基磷灰石充分變更其結構組分獲取復合重金屬吸附劑，并應用到水環境鎘等重金屬的高效吸附凈化處理中，該方法可用于水環境重金屬微污染治理，冶煉廢水重金屬減量中。方法主要利用低濃度(NH4)2HP04和飽和Ca(OH)2溶液為基礎液，采用原位合成技術制備獲取桉木結構復合重金屬吸附劑的方法，通過人工控制制備工藝，合成具有天然植物結構形態的羥基磷灰石改性絲瓜絡遺態結構復合重金屬吸附劑。為重金屬污染治理提供一種廉價和環境友好的材料，為農業廢物絲瓜絡利用提供一種新方法、新途徑。具有吸附效果好，適應范圍廣，材料制備簡單、穩定且工藝較為容易等優點。【IPC分類】C02F1-28,B01J20-20,C02F1-62,B01J20-30【公開號】CN104667873【申請號】CN201510086076【發明人】朱義年,朱宗強,黃彬,鄧歡,魏彩春,趙芯【申請人】桂林理工大學【公開日】2015年6月3日【申請日】2015年2月21日