一種羥基磷酸鈣-活性炭復(fù)合材料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種羥基磷酸鈣-活性炭復(fù)合材料及其應(yīng)用，屬于重金屬污染治理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人口的增長(zhǎng)及城市化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重。土壤、大氣、水體、噪聲等污染，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的生存，其中重金屬污染事件是典型的環(huán)境問題之一，特別是土壤及水體的重金屬污染問題日益顯現(xiàn)，污染面積逐年增加，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類及其他生物體的健康發(fā)展。
[0003]目前處理重金屬的方法主要有:固化穩(wěn)定化方法、淋洗法、植物修復(fù)法、吸附法等。然而這些方法在實(shí)際應(yīng)用中存在一些問題。如已有的對(duì)重金屬土壤的治理技術(shù)中，固化穩(wěn)定化技術(shù)是一種較為成熟且經(jīng)濟(jì)可行的方法。但以此方法對(duì)重金屬污染土壤及水體進(jìn)行修復(fù)時(shí)存在材料不能高效利用的問題。同時(shí)由于其作用原理主要為水化反應(yīng)及吸附作用，經(jīng)過長(zhǎng)期風(fēng)化和酸雨淋溶存在重金屬重新溶出的風(fēng)險(xiǎn)。而吸附法則雖然能依據(jù)吸附劑上巨大的比表面積、密集的孔結(jié)構(gòu)、或通過吸附劑上各種活性基團(tuán)與吸附質(zhì)間所形成的各種化學(xué)鍵，達(dá)到有選擇性的去除污染物的目的，但存在吸附穩(wěn)定性差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，提高重金屬吸附劑的吸附效果，降低重金屬吸附劑的生產(chǎn)成本。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是，提供一種羥基磷酸鈣-活性炭復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括摩爾數(shù)之比為(24?36): I的活性炭和羥基磷酸鈣，其制備方法包括以下步驟:(I)將氧化鈣或氫氧化鈣加入活性炭懸浮的磷酸溶液中，攪拌反應(yīng)；其中磷酸與氧化鈣或氫氧化鈣的摩爾數(shù)之比為3: (4.8?5.2);所述活性炭與磷酸的摩爾數(shù)之比為(4?6): I ； (2)調(diào)節(jié)溶液的PH至8?9，攪拌，靜置陳化；(3)對(duì)溶液進(jìn)行固液分離、烘干、磨細(xì)，得到所述復(fù)合材料。
[0006]進(jìn)一步地，步驟(I)中所述磷酸與氧化鈣或氫氧化鈣的摩爾數(shù)之比為3: 5。
[0007]進(jìn)一步地，步驟⑴中所述活性炭的粒徑彡100目。。
[0008]進(jìn)一步地，在步驟⑴之前，用磷酸溶液活化所述活性炭。
[0009]進(jìn)一步地，步驟⑴中磷酸溶液的濃度為I?2 mol/Lo
[0010]進(jìn)一步地，所述復(fù)合材料的粒徑< 100目。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步提供所述復(fù)合材料在重金屬污染土壤和水體中的應(yīng)用。
[0012]進(jìn)一步地，所述重金屬為金屬Pb、金屬Cd中的一種或兩種。
[0013]進(jìn)一步地，在重金屬污染土壤中加入水和所述復(fù)合材料，按質(zhì)量比，重金屬污染土壤:水:復(fù)合材料為100: (5?35): (I?3)。
[0014]進(jìn)一步地，在重金屬污染水體中加入所述復(fù)合材料，按質(zhì)量比，重金屬污染水體:復(fù)合材料為25: (0.05?I)。
[0015]本發(fā)明將固化穩(wěn)定化技術(shù)與吸附法結(jié)合起來，制備一種新型重金屬吸附材料。由于活性炭是一種吸附能力較強(qiáng)的吸附材料，重金屬離子易于進(jìn)入活性炭的空隙中而得到分離；且羥基磷酸鈣是含氫氧根的純正端元，具有無毒、無刺激性且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，還可通過陽離子交換的形式與重金屬進(jìn)行離子交換，從而對(duì)污染物進(jìn)行去除。故該新型材料以活性炭和羥基磷酸鈣作為主體，通過適當(dāng)?shù)闹苽溥^程將兩者結(jié)合，制備出一種羥基磷酸鈣-活性炭復(fù)合重金屬吸附材料。該新型材料能對(duì)土壤及水體中的重金屬污染物進(jìn)行高效去除。
[0016]本發(fā)明提供的羥基磷酸鈣-活性炭復(fù)合材料去除重金屬Pb2+、Cd2+的工作原理為:一是Pb2+、Cd2+直接吸附在羥基磷酸鈣表面，發(fā)生離子交換反應(yīng)或溶解-沉淀反應(yīng)。離子交換吸附是羥基磷酸鈣晶格中的陽離子與Pb2+、Cd2離子發(fā)生離子交換，Pb 2+、Cd2+離子進(jìn)入羥基磷酸鈣的晶格中形成新的物相。溶解-沉淀反應(yīng)是指羥基磷酸鈣有表面溶出現(xiàn)象，溶解處的絡(luò)陰離子與Pb2+、Cd2+離子相互作用形成了鉛、鎘的新相礦物沉淀。二是Pb 2+、Cd2+直接被活性炭吸附去除，或借助于活性炭的載體作用，Pb2+、Cd2+離子被活性炭吸附后，再與羥基磷酸鈣發(fā)生離子交換或溶解-沉淀反應(yīng)，提高重金屬離子與羥基磷酸鈣的吸附時(shí)間，使重金屬的去除效率進(jìn)一步增大。
[0017]本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)研宄表明，過酸和過堿性環(huán)境都不利于復(fù)合材料的穩(wěn)定性；且pH值過低、過高均不利于Pb2+、Cd2+的去除。基于此，本發(fā)明中控制制備的復(fù)合材料PH為8?
9。本發(fā)明基于成本考慮，為保證磷酸不過量，且生產(chǎn)的羥基磷酸鈣能與活性炭顆粒充分混合設(shè)定活性炭與磷酸的摩爾數(shù)之比為(4?6): I。此外，為保證制備出的復(fù)合材料與受試污染物的充分接觸，本發(fā)明的復(fù)合材料粒徑< 100目。
[0018]本發(fā)明為一種復(fù)合型吸附材料，克服了一般羥基磷酸鈣在使用過程中不能高效利用及活性炭對(duì)重金屬吸附穩(wěn)定性差的問題。該材料可對(duì)重金屬鉛、鎘污染土壤及水體進(jìn)行高效修復(fù)，既能發(fā)揮羥基磷酸鈣的高效固定重金屬的作用，又能充分利用活性炭的吸附性能，且應(yīng)用過程易于操作，所用材料均為環(huán)境友好型材料，保證在修復(fù)的過程中不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。
[0019]該復(fù)合材料以活性炭作為骨架，以氧化鈣或氫氧化鈣、磷酸溶液及堿溶液的化學(xué)反應(yīng)作為羥基磷酸鈣的制備反應(yīng)，在不斷攪拌過程中使反應(yīng)生成的羥基磷酸鈣與活性炭復(fù)入口 ο
[0020]本發(fā)明的有益效果是，該復(fù)合材料對(duì)鉛、鎘污染處理效果顯著，且選用的材料中不含對(duì)環(huán)境污染有危害的物質(zhì)。同時(shí)，材料的制備價(jià)格低廉，修復(fù)成本低廉。
【附圖說明】
[0021]圖1為羥基磷酸鈣-活性炭復(fù)合材料對(duì)不同含水率受試土壤中鉛、鎘處理效率的影響。
[0022]圖2為羥基磷酸鈣-活性炭復(fù)合材料不同材料投加量對(duì)受試土壤中鉛、鎘處理效率的影響。
[0023]圖3為不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間條件下羥基磷酸鈣-復(fù)合材料對(duì)受試土壤中鉛、鎘處理效率的影響。
[0024]圖4為羥基磷酸鈣-活性炭復(fù)合材料對(duì)污染地表水中鉛鎘處理中的應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明目的、特征能夠更