碳羟基磷灰石对废水中Ni2+的吸附性能研究

董春华 张永霞 邯郸学院化学系 056005

碳羟基磷灰石对废水中Ni2+的吸附性能研究

董春华 张永霞 邯郸学院化学系 056005

1 引言

目前，人们越来越关注环境的可持续发展，对重金属造成的污染治理日益重视。随着低碳经济的提出，人们也在积极寻求节能环保的治污材料。利用废弃蛋壳为主要钙原合成的碳羟基磷灰石（CHAP），由于其特殊的晶体化学特征，具有良好的离子交换性能，可用于吸附并回收利用废水中大多数的重金属离子[1,2]。本研究将其用于对含镍废水的处理，以期达到以废制废，变废为宝的目的。

2 实验部分

2.1 试剂和仪器

碳羟基磷灰石，自制。硫酸镍，高纯，天津市光复化工研究所；硝酸，优级纯，天津市化学试剂三厂；无水乙醇，分析纯，天津市红岩化学试剂厂；溴化钾，光谱纯，天津市化学试剂三厂。傅立叶变换红外光谱仪，美国尼高力仪器公司，MAGNA-IR550Ⅱ；原子吸收分光光度计，北京普析通用仪器公司，TAS-986F。

2.2 CHAP的合成

以蛋壳粉和CaHPO4·2H2O为反应物，按钙磷物质的量比为1.67进行反应。将蛋壳粉和CaHPO4·2H2O在研钵中研细混匀，于90℃水浴，恒温加热磁力搅拌6 h，抽滤，烘干，转移至坩埚，放入箱式电阻炉中，900℃煅烧6h。产物经抽滤并用蒸馏水及无水乙醇洗涤至pH值约为7[3]。所得产物在远红外干燥箱中烘干。

2.3 实验方法

先配制Ni2+的标准溶液, 绘制Ni2+的标准曲线，再稀释标准溶液得到所需浓度的Ni2+溶液，然后配制含Ni2+的废水溶液100mL进行吸附实验。用原子吸收分光光度计分析残留液中Ni2+的含量，并计算其吸附容量和去除率，从而得出羟基磷灰石吸附Ni2+的最佳吸附条件[4]。

3 结果与讨论

3.1 CHAP的表征

IR分析结果见图1。图1中549.3cm-1，574.2cm-1处是磷酸根的弯曲振动吸收峰；607.4cm-1是结构羟基的弯曲振动吸收峰；972.4cm-1，1042.9cm-1，1092.6cm-1处是磷酸根的伸缩振动吸收峰；碳酸根在1457.6cm-1，1470.0cm-1处出现分裂，呈现两个吸收峰，说明碳酸根进入了羟基磷灰石结构中；3568.7cm-1是结构羟基的伸缩振动吸收峰[5]。

图1 碳羟基磷灰石红外谱图

3.2 碳羟基磷灰石对Ni2+的最佳吸附条件的确定

3.2.1 Ni2+的初始浓度对吸附效果的影响。常温常压下，分别配制体积为100 mL，浓度为10 mg/L～100 mg/L的含Ni2+溶液，放入锥形瓶中。测得其pH值均为6～7；再分别投入0.1 g的CHAP吸附剂，用磁力搅拌器搅拌1h，使吸附反应充分进行。最后再测定残留液中Ni2+的浓度。从表1和图2中可以看出，在吸附剂投入量不变的情况下,Ni2+初始浓度从10 mg/L至30mg/L, 去除率均能保持在98 %以上，当浓度超过30mg/ L, 去除率呈明显下降趋势，浓度增加到50mg/L时，去除率则仅为93.12%，去除效果较差。

表1 Ni2+初始浓度对吸附效果的影响

图2 Ni2+初始浓度与去除率的关系

3.2.2 吸附时间对吸附效果的影响。常温常压下，分别取10组100mL浓度为30mg/L的Ni2+溶液作为待吸附液，均调节pH值为6～7，再分别加入0.1gCHAP作为吸附剂，用磁力搅拌器分别搅拌2 min～60min后, 测定残留液中Ni2+的浓度。从表2和图3中可以看出，CHAP吸附Ni2+时间为10min时, 其吸附基本上达到平衡，对30mg/L的含Ni2+溶液去除率接近100%。

表2 吸附时间对吸附效果的影响

图3 吸附时间与去除率的关系

3.2.3 吸附剂用量对吸附效果的影响。常温常压下，分别配制100mL浓度为30mg/L的Ni2+溶液作为待吸附液，均调节pH值为6～7，再分别加入0.05g～0.11g的CHAP作吸附剂，用磁力搅拌器搅拌10min后, 测定残留液中Ni2+的浓度。从表3和图4可以看出, 随着CHAP的增加, 吸附容量和去除率都跟着上升，当用量达到0.08g时，Ni2+的去除率已达99.5%。

表3 吸附剂用量对吸附效果的影响

图4 吸附剂用量与去除率的关系

3.2.4 pH值对吸附效果的影响。常温常压下，分别配制100mL浓度为30mg /L的Ni2+溶液作为待吸附液，再分别加入0.08g HAP作吸附剂，依次调节pH值为2.0～7.0。用磁力搅拌器搅拌10min，测定残留液中Ni2+的浓度。从表4和图5可知，随着pH值的增加，吸附容量和去除率都呈上升的趋势。在pH=2时，HAP对Ni2+的去除率很低, 只有16.1%。说明在强酸性条件下对Ni2+的吸附不利。这是因为在强酸性条件下HAP的溶解度增大。随着pH值的增加，去除率也增加。这是由于随着pH值的增加，HAP的表面负电荷也增加，更有利于对阳离子的吸附。当pH值为7左右时去除率已经接近100%，这说明最适合Ni2+去除的pH值为中性条件。

表4 pH值对吸附效果的影响

图5 pH值与去除率的关系

3.2.5 温度对吸附效果的影响。分别配制100mL浓度为30mg/L的Ni2+溶液作为待吸附液，均调节pH值为6～7，再分别加入0.08g HAP作吸附剂，分别在25℃～75℃水浴中，恒温磁力搅拌10min后, 测定残留液中Ni2+的浓度。从表5和图6可以看出，一开始随着温度升高，去除率呈上升趋势，35℃时达到99.6%，高于35 ℃时, 去除率呈下降趋势, 然后趋于平衡。

表5 温度对吸附效果的影响

图6 温度与去除率的关系

4 结论

4.1 由废弃蛋壳制备的碳羟基磷灰石可作为环境功能材料吸附废水中的Ni2+，达到废物利用的目的。

4.2 CHAP对Ni2+离子有较好的吸附效果,吸附速度比较快，在10 min左右基本达到吸附平衡。

4.3 CHAP对30 mg/LNi2+溶液的最佳吸附条件为:pH值为7，吸附时间为10min，吸附剂用量为0.08g，温度为35℃。

[1] 韩松, 冯如彬, 张杰.羟基磷灰石对水溶液中Cu2+的吸附动力学研究[J].河北工程大学学报.2007,1: 78-80.

[2] 唐文清, 曾光明, 蓝俊康, 等.碳羟基磷灰石对废水中Cd2+的吸附[J].桂林工学院学报.2006, 3: 388-391.

[3] 张力, 王辉, 汪超, 等.载银羟基磷灰石的合成及其抗菌测试[J].研究论著.2004,7: 22-23.

[4] 张洪利, 贾兰珍, 邢光印.火焰原子吸收法测水中钴[J].仪器仪表与分析监测.2006,1: 31- 32.

[5] 唐文清, 曾光明, 曾荣英, 等.碳羟基磷灰石对废水中Zn2+的吸附性能及机理研究[J].金属矿山.2007,3: 73-77.

Study on Carbonate Hydroxyapatite’s Adsorption Capacity for Nickel（Ⅱ）from Waste water

Dong Chunhua Zhang Yongxia
(Department of Chemistry, Handan College, Handan, 056005, P.R.China.)

以废弃蛋壳为原料，通过煅烧法合成了碳羟基磷灰石。采用红外光谱法对其结构进行了表征。利用碳羟基磷灰石吸附模拟废水中的Ni2+，考察Ni2+初始浓度、pH值、吸附时间、吸附剂用量以及温度等因素对吸附效果的影响。结果表明:当废水中Ni2+初始浓度为30mg/L、pH=7、吸附时间为10min、吸附剂用量为0.08g、温度为35℃时，羟基磷灰石对Ni2+去除率接近100%。

碳羟基磷灰石；镍（Ⅱ）；吸附

Carbonate hydroxyapatite was prepared from abandoned eggshell by calcined synthesis.The propertie of hydroxyapatite was characterized by IR spectroscopy.Hydroxyapatite was used to remove Ni2+ from simulated wastewater.The results showed that the adsorption effect was controlled by the initial concentration of Ni2+, pH value in wastewater, adsorption period, the consumption of hydroxyapatite and the reaction temperature.The results showed that the rate of the removal of Ni2+by hydroxyapatite was about 100 %, when the initial concentration of Ni2+in wastewater was 30 mg/L, pH value was 7, adsorption period was 10 min, the consumption of hydroxyapatite was 0.08 g, and the reaction temperature was 35 ℃.

Carbonate hydroxyapatite; Nickel(Ⅱ); Adsorption

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.09.002

董春华，硕士，讲师，研究方向:无机化学。