仿骨材料的合成及其在脱除重金属方面的应用

论文摘要

近年来,重金属尤其是低浓度的重金属的处理成为一个热点话题。如工业废水、中草药中都不同程度的含有重金属,它们直接或间接地影响着人类的健康。现今,已开发的脱除重金属的材料中,存在着成本高、脱除效果差、分离后药效发生变化、再生过程中污染严重等问题,因此急需开发一种成本低廉、环境友好的高效脱除重金属的新型材料。本文首先在近生理条件下,采用化学沉淀法合成了羟基磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）2,简称HAP）,通过ICP、XRD、EDS、IR、TG和SEM的方法对其进行了综合表征,并研究了它对Pb2+、Cd2+、Hg2+、Cr3+以及Cr2O72-、AsO33-的脱除能力。结果表明:合成得到的HAP为形态上与人骨相似的HAP;它对Pb2+、Cd2+、Hg2+、Cr3+有一定的脱除效果,对Cr2O72-和AsO33-没有吸附作用。随后,仿照骨质中所含的元素及离子合成了各种无机仿骨盐,考察了温度、pH、操作方法等对产物组成的影响,并研究了它们在脱除重金属方面的应用。结果表明:各种仿骨盐对重金属均有一定的脱除能力,其中含锶化合物和氟取代的磷灰石对重金属的脱除能力与HAP相当,HCO3--AP的脱除效果最好,它可以将0.02mmol/L的Pb2+、Cd2+、Cr3+和1ppm的Hg2+完全脱除,在混合溶液中对Cr2O72-和AsO33-有一定的吸附作用。通过XPS、EDS的表征方法初步探讨了它们的脱除机理。在上述研究的基础上,以壳聚糖和聚天冬氨酸分别模拟骨组成中的糖组分和蛋白质组分,采用共沉淀法合成了仿骨复合材料,考察了不同溶剂、交联剂用量及有机组分对最终材料的影响。结果表明:以1:1乙醇水溶液为溶剂,0.1g的壳聚糖和0.1g的聚天冬氨酸中加入0.2mL戊二醛合成仿骨复合材料的收率高,所得材料颗粒均匀。由于含有多种活性基团,复合材料对各种重金属正离子(Pb2+、Cd2+、Hg2+、Cr3+)表现出优异的脱除性能,对Cr2O72-和AsO33-也具有一定的吸附作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 脱除重金属的常用方法
• 1.1.1 化学处理方法
• 1.1.2 物理处理方法
• 2萃取的工艺成本也比较高'>1.1.3 生物处理方法超临界CO₂萃取的工艺成本也比较高
• 1.2 脱除重金属材料
• 1.2.1 无机吸附材料
• 1.2.2 有机高分子吸附材料
• 1.3 脱除重金属研究的进展
• 1.3.1 生物法脱除低浓度重金属
• 1.3.2 其它方法脱除低浓度重金属
• 1.4 论文的选题意义及主要研究内容
• 第二章 羟基磷灰石的合成及其在脱除重金属方面的应用
• 2.1 实验仪器及试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 羟基磷灰石的制备
• 2.2.2 表征方法
• 2.2.3 羟基磷灰石对重金属的吸附实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 HAP 制备方法和条件的讨论
• 2.3.2 产物的表征
• 2.4 羟基磷灰石在脱除重金属方面的应用
• 2.4.1 HAP 对高浓度的重金属离子的脱除能力
• 2.4.2 HAP 对低浓度的重金属离子的脱除能力
• 2.4.3 HAP 与其它钙盐对重金属的脱除能力比较
• 2.5 小结
• 第三章 各种仿骨盐的合成及其在脱除重金属方面的应用
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验仪器及试剂
• 3.1.2 含锶化合物的合成
• 3.1.3 含镁化合物的合成
• -、SO₄^2-环境中磷灰石的存在形式'>3.1.4 Cl^-、SO₄^2-环境中磷灰石的存在形式
• 3.1.5 氟取代的磷灰石的合成
• 3^-取代OH^-的磷灰石的合成'>3.1.6 HCO₃^-取代OH^-的磷灰石的合成
• 3.1.7 各种仿骨盐对重金属的吸附实验
• 3.2 各种仿骨盐的表征
• 3.2.1 含锶化合物的表征分析
• 3.2.2 含镁化合物的表征分析
• -、SO₄^2-环境中磷灰石的组成分析'>3.2.3 Cl^-、SO₄^2-环境中磷灰石的组成分析
• 3.2.4 氟取代的磷灰石的表征分析
• 3^-取代OH^-的磷灰石的表征分析'>3.2.5 HCO₃^-取代OH^-的磷灰石的表征分析
• 3.3 各种无机仿骨盐在脱除重金属方面的应用
• 3.3.1 仿骨盐对高浓度的重金属离子的脱除能力
• 3.3.2 仿骨盐对低浓度的重金属离子的脱除能力
• 3.4 小结
• 第四章 仿骨复合材料的合成及其在脱除重金属方面的应用
• 4.1 实验原理
• 4.1.1 共沉淀法制备复合材料的原理
• 4.1.2 交联聚天冬氨酸的合成原理
• 4.1.3 聚天冬氨酸与壳聚糖共聚物的合成原理
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂及设备
• 4.2.2 仿骨复合材料的合成
• 4.2.3 仿骨复合材料对重金属的吸附实验
• 4.3 仿骨复合材料的表征结果与讨论
• 4.3.1 复合材料合成条件的讨论
• 4.3.2 复合材料的元素分析
• 4.3.3 复合材料的SEM 分析
• 4.3.4 复合材料的FT-IR 分析
• 4.3.5 复合材料的XRD 分析
• 4.4 仿骨复合材料在脱除重金属方面的应用
• 4.4.1 复合材料对单个重金属离子的脱除能力
• 4.4.2 复合材料对混合重金属离子的脱除能力
• 4.5 重金属脱除机理探讨
• 4.5.1 XPS 分析
• 4.5.2 EDS 分析
• 4.6 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢