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被污染水体和土壤中的铅、镉和铜等重金属离子,因其高毒性对生物体具有较大危害。如何高效地去除和回收环境中重金属的研究具有重要的意义。前人的研究表明,羟基磷灰石在去除二价重金属离子方面表现出较高的吸附容量,是一种潜在的重金属固定剂。 羟基磷灰石的实际组成受制备方法、起始反应物、后处理方法不同而有所差异,通常含有不同量的碳酸根离子。研究表明碳酸根离子的存在,有利于羟基磷灰石对重金属离子的去除。本文采用共沉淀法,以玉米须为模板来合成羟基磷灰石并用于去除废水中的铅、镉以及铜离子。 材料制备阶段,探讨了影响铅离子平衡吸附量的制备条件因素如反应温度、反应体系pH值、陈化时间、煅烧温度。获得了较优的制备条件:反应温度25℃,反应体系pH为10.5,陈化时间12h,煅烧温度700℃。 吸附实验探讨了溶液的pH值、反应时间、反应温度、重金属离子初始浓度、羟基磷灰石用量等因素对羟基磷灰石吸附性能的影响。结果表明,在25℃时,羟基磷灰石对铅、镉、铜三种离子的最佳吸附条件和饱和吸附容量值分别为:(1)对浓度1500mg/L的Pb2+溶液,在pH值为4.0,吸附时间为720min,羟基磷灰石的用量为0.01g/25mL时,最大吸附容量为1587mg/g;(2)对浓度500mg/L的Cd2+溶液,在pH值为6.0,吸附时间为180min,羟基磷灰石的用量为0.01g/25mL时,最大吸附容量为666mg/g;(3)对浓度500mg/L的Cu2+溶液,在pH值为4.0,吸附时间为720min,羟基磷灰石的用量为0.01g/20mL时,最大吸附容量为481 mg/g。 对羟基磷灰石吸附重金属离子的动力学和热力学研究可以为其实际应用提供理论依据。实验数据表明,羟基磷灰石对铅、镉、铜的吸附都适合用准二级动力学方程和Langmuir吸附等温式方程来描述。由等温吸附数据进行拟合得到的相关的热力学参数表明,羟基磷灰石对铅、镉、铜的吸附是一个吸热的、自发的和熵增大的过程。 根据实验结果,本文对羟基磷灰石吸附重金属离子的机理进行了简单推断。去除镉和铜的过程主要包含两种吸附机理:首先,重金属离子与羟基磷灰石表面的吸附位点发生络合;再是重金属离子与羟基磷灰石中的钙离子发生离子交换。而去除铅的过程中,除了上述两种机理还可能存在溶解-沉淀过程。