羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的制备方法【
技术领域：
】[0001]本发明属于废物资源化利用和水处理
技术领域：
，特别涉及一种羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的制备方法。该方法利用丝瓜络为植物模板，经过工艺控制，制备出以羟基磷灰石和活化碳为主要材料的重金属复合吸附剂。【
背景技术：
】[0002]重金属是一种可在生物体内蓄积的有毒元素，随着工业的发展，重金属污染受到广泛重视，重金属进入环境后会在生物链中累积和富集，且不能被生物降解，可长期潜伏在环境中，并伴随食物链进入人体严重危害生命健康。目前水中重金属的去处方法主要有化学沉淀法、电浮选法、离子交换法、膜分离法和吸附法，其中吸附法由于其具有不产生二次污染，可再生回收等优点而备受重视。目前，最常用的吸附剂有活性碳和改性纤维素等，但是大多吸附剂因成本高或是生产工艺复杂而限制其应用。[0003]遗态材料是借用自然界经亿万年的生物自身多层次、多维、多结构的本征结构，通过人工方法，变更其结构组分，制备出既保持自然界生物精细结构，又通过有选择性的复合，人为赋予特性和功能的材料。它主要将植物模板的机理引入无机材料的合成和复合材料的制备，以天然植物结构为模板，制备出各种各样具有鲜明植物结构特点、独特显微组织、组织结构可控、物理和力学性能可控的有序多孔无机纤维材料，从而制备出具有植物纤维生态陶瓷和金属材料所具有的综合性能优良的遗态材料。[0004]目前，国内外的研宄者们已在尝试以不同的纤维材料(如桉树、毛竹、棉花、稻壳、黄麻、纸制品等)为模板制备获得具备不同倾向功能的遗态多孔氧化物。通过炭化工艺控制可以将植物结构材料转化为具有多孔结构的炭材料，该材料经过特殊表面处理即可具有很强吸附活性，可应用于水体净化，改善居住环境，电磁波屏蔽等环境保护等领域。[0005]羟基磷灰石属表面活性材料，它与生物体硬组织有相似的化学成分和结构，具有良好的生物相容性和生物活性，是较好的生物陶瓷材料，但是其力学性能尚有不足，用于制造具特殊空隙结构的吸附材料，难以满足液体通过冲刷的破坏承受度。[0006]VegetableSpongeo/别名丝瓜筋、丝瓜布，国外叫植物海绵，为葫芦科植物丝瓜老熟后去皮和种子的丝瓜果实维管束，表观多呈长棱形或长圆筒形，略弯曲，长30~70cm，直径7~10cm。表面淡黄白色。体轻，质韧，有弹性，不能折断。横切面可见子房3室，呈空洞状，里面有网状纤维丰富，且单根网状纤维具有不同尺度范围的有序多孔的特殊解剖结构，通过适宜浸煮剂的预处理可以方便地将单根网状纤维中导管孔的浸填体组织去除，大幅度增加丝瓜络网状纤维内部结构的三维网络连通性，提高后期浸渍性能，同时提高产物的网络连通性，利于制备多孔吸附材料。【
发明内容】[0007]本发明的目的是提供一种羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的制备方法。对制得的重金属吸附剂进行物相与结构、成分组成以及形貌特征实验表征，并应用于水环境常见重金属元素的吸附处理，为重金属污染治理提供一种廉价和环境友好的材料，为农业废物丝瓜络的利用提供一种新方法、新途径。[0008]本发明方法的思路:以低浓度(NH4)2ΗΡ04和饱和Ca(OH)2溶液为基础液，采用原位合成技术制备获取丝瓜络遗态结构复合重金属吸附剂，通过人工控制制备工艺，制成具有天然植物结构形态的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构复合重金属吸附剂。[0009]具体步骤为:(I)将丝瓜络自然晾干，去皮，去籽，碎化为15X15X15mm3尺寸的块体。[0010](2)配制体积浓度为5~8%的稀氨水作为浸煮剂。[0011](3)分别配制0.02-0.05mol/L的(NH4)2ΗΡ04溶液和饱和Ca(OH)2溶液作为原位合成基础液。[0012](4)将步骤(I)获得的块体置于步骤(2)所获得的浸煮剂中，在100~110°C下浸煮6~8小时，完成抽提预处理。[0013](5)将步骤(4)获得的产物用超纯水洗净后置于80°C环境下干燥24小时，并于温度为400~500°C的马弗炉中焙烧2~3小时，并炉冷至室温。[0014](6)将步骤(5)获得的产物浸没于步骤(3)所获得的饱和Ca(OH)2S液中，并在25~35°C的水浴内保温24~48小时。[0015](7)将步骤(6)获得的产物在步骤(3)所获得的(NH4)2HPO4溶液中浸泡2小时，然后取出产物浸没于步骤(3)所获得的饱和Ca(OH)2溶液2小时，试样在每次浸泡后均用超纯水冲洗19~21秒，并置于50°C烘箱内烘干2小时。[0016](8)重复步骤(7)五次。[0017](9)将步骤⑶获得的产物磨碎，过100~150目筛，即制得羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂。[0018]本发明方法工艺简单易行，制备过程费用低廉，由于利用丝瓜络、石灰石等为主要原材料，材料易得，经过工艺控制，大大提高了材料对重金属的吸附性能；所得的产品可广泛应用于重金属污染水处理中。【附图说明】[0019]图1为本发明实施例制得的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的红外光谱图(F1-1R)。[0020]图2为本发明实施例制得的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的X射线衍射图(XRD)。[0021]图3为本发明实施例制得的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的扫描电子显微镜镜检图(SEM,X30倍)。[0022]图4为本发明实施例制得的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的扫描电子显微镜镜检图(SEM,X500倍)。[0023]图5为本发明实施例制得的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂对不同初始PH值条件下水溶液中三种不同浓度镉(II)的吸附影响变化图。【具体实施方式】[0024]实施例:一、羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的制备(I)将丝瓜络一根自然晾干，去皮，去籽，碎化为15X15X15mm3尺寸的块体。[0025](2)配制体积浓度为5%的稀氨水作为浸煮剂。[0026](3)分别配制0.02mol/L的(NH4)2ΗΡ04溶液和饱和Ca(OH)2溶液作为原位合成基础液。[0027](4)将步骤⑴获得的块体置于步骤(2)所获得的浸煮剂中，在105°C下浸煮7小时，完成抽提预处理。[0028](5)将步骤⑷获得的产物用超纯水洗净后置于80°C环境下干燥24小时，并于温度为500°C的马弗炉中焙烧2小时，并炉冷至室温。[0029](6)将步骤(5)获得的产物浸没于步骤(3)所获得的饱和Ca(OH)2S液中，并在25°C的水浴内保温48小时。[0030](7)将步骤(6)获得的产物在步骤(3)所获得的(NH4)2HPO4溶液中浸泡2小时，然后取出产物浸没于步骤(3)所获得的饱和Ca(OH)2溶液2小时，试样在每次浸泡后均用超纯水冲洗20秒，并置于50°C烘箱内烘干2小时。[0031](8)重复步骤(7)五次。[0032](9)将步骤⑶获得的产物磨碎，过100~150目筛，即制得羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂。[0033]将本实施例制得的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构复合重金属吸附剂的物相与结构、成分组成以及形貌特征采用X射线衍射仪(XRD，X'PertPR0)、热重一红外连用系统(STA-449C；470FT-1R)能谱仪和扫描电子显微镜(SEM，JSM-6380LV)进行观察测试，具体见说明书附图1、2、3和4。[0034]二、重金属吸附剂对镉(II)的吸附效果(I)使用CdNO3(分析纯)配制浓度为5mg/L、10mg/L和50mg/L的镉(II)待处理液各8瓶，使用HNO3和NaOH分别将待处理液的pH值调至1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0和9.0ο[0035](2)分别移取50ml步骤(I)制得的待处理液编号装瓶于10ml离心管中备用。[0036](3)步骤⑵备用离心管的待处理液中分别加入0.1g本实施例制得的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂，加盖密封后进行振荡频率为150r/min的25°C恒温振荡，振荡时间为6小时。[0037](4)取步骤(3)的产物过0.22Mffl微孔滤膜，使用火焰原子吸收光谱法测定残余的镉(II)浓度，获得在pH值为1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0和9.0条件下产品对浓度为5mg/L、10mg/L和50mg/L的镉(II)待处理液吸附效果，具体见说明书附图5。【主权项】1.一种羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的制备方法，其特征在于具体步骤为:(1)将丝瓜络自然晾干，去皮，去籽，碎化为15X15X15mm3尺寸的块体；(2)配制体积浓度为5~8%的稀氨水作为浸煮剂；(3)分别配制0.02-0.05mol/L的(NH4)2ΗΡ04溶液和饱和Ca(OH)2溶液作为原位合成基础液；(4)将步骤⑴获得的块体置于步骤(2)所获得的浸煮剂中，在100~110°C下浸煮6~8小时，完成抽提预处理；(5)将步骤(4)获得的产物用超纯水洗净后置于80°C环境下干燥24小时，并于温度为400~500°C的马弗炉中焙烧2~3小时，并炉冷至室温；(6)将步骤(5)获得的产物浸没于步骤(3)所获得的饱和Ca(OH)2溶液中，并在25~35°C的水浴内保温24~48小时；(7)将步骤(6)获得的产物在步骤(3)所获得的(NH4)2HPO4溶液中浸泡2小时，然后取出产物浸没于步骤(3)所获得的饱和Ca(OH)2溶液2小时，试样在每次浸泡后均用超纯水冲洗19~21秒，并置于50°C烘箱内烘干2小时；(8)重复步骤(7)五次；(9)将步骤(8)获得的产物磨碎，过100~150目筛，即制得羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂。【专利摘要】本发明公开了一种羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构重金属吸附剂的制备方法。该方法利用丝瓜络多级多孔结构的优势，通过原位合成方法将羟基磷灰石充分变更其结构组分获取复合重金属吸附剂，并应用到水环境镉等重金属的高效吸附净化处理中，该方法可用于水环境重金属微污染治理，冶炼废水重金属减量中。方法主要利用低浓度(NH4)2HP04和饱和Ca(OH)2溶液为基础液，采用原位合成技术制备获取桉木结构复合重金属吸附剂的方法，通过人工控制制备工艺，合成具有天然植物结构形态的羟基磷灰石改性丝瓜络遗态结构复合重金属吸附剂。为重金属污染治理提供一种廉价和环境友好的材料，为农业废物丝瓜络利用提供一种新方法、新途径。具有吸附效果好，适应范围广，材料制备简单、稳定且工艺较为容易等优点。【IPC分类】C02F1-28,B01J20-20,C02F1-62,B01J20-30【公开号】CN104667873【申请号】CN201510086076【发明人】朱义年,朱宗强,黄彬,邓欢,魏彩春,赵芯【申请人】桂林理工大学【公开日】2015年6月3日【申请日】2015年2月21日