含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂及其合成方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂及其合成方法和应用，以Ca(NO3)2·4H2O和Na3PO3S作为原料，采用简单的共沉淀技术直接在其晶格中原位引入硫原子，使得硫原子均匀分布于吸附剂中。该吸附剂在最优pH5.5时显示出对铅离子快速高效吸附，饱和吸附容量达到1744.6mg g-1，并且该吸附剂在多种重金属离子干扰的情况下依然保持了对铅离子非常优异的选择性吸附能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于重金属污水处理
，具体涉及一种含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂及其合成方法和应用。
技术介绍
铅作为一种高毒性重金属，广泛分布于自然界中。铅对环境的污染，一是由冶炼、制造和使用铅制品的工矿企业，尤其是来自有色金属冶炼过程中所排出的含铅废水、废气和废渣造成的；二是由汽车排出的含铅废气造成的。环境中的铅及其化合物十分稳定，不易代谢和降解，接触到铅会对人体器官特别是肺、肾脏、生殖系统、心血管系统带来不良影响。由于铅的毒性和污染特点，对其在环境中的标准值要求很高，特别是西方发达国家对铅的使用有严格的限制，中国2012年最新的《生活饮用水卫生标准》要求铅含量不可超过0.01mg/L。因此，如何减小或消除污水中重金属铅离子危害是当今环境保护工作面临的难点和热点问题。高效的去除污水中铅等重金属离子的有效方法对于保护环境和人类健康十分重要。目前处理废水中重金属离子有很多种方法，例如：化学沉淀法、电解法、离子交换法、物理吸附法以及活性污泥法等。其中吸附法被认为是高效且比较经济的用于处理污水中重金属离子的方法，包括常见的活性炭等吸附剂可以用于除去污水中的重金属离子。天然或人造沸石、金属亚铁氰化物及铁氰化物、层状化合物、过渡金属水和氧化物等无机材料也已被证实可以用作重金属离子的吸附剂。羟基磷灰石由于其特殊的晶体结构和比表面大、粒度小、制备工艺简单等特点，成为近年来研究较多的新型环境功能材料。如公开号为CN101613135A的中国专利技术专利“一种利用纳米羟基磷灰石去除污水中重金属离子的方法”中提到向含有重金属离子的废水中加入纳米羟基磷灰石粉可以去除重金属离子。但吸附容量小、吸附速率慢和吸附选择性差的特点限制了羟基磷灰石的广泛应用。如何提高对目标重金属离子在其他干扰离子共存情况下的高效选择性去除是至关重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对重金属铅离子具有高效选择性去除的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂及其合成方法和应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂，以Ca(NO3)2和Na3PO3S作为前驱体，采用共沉淀技术直接在其晶格中原位引入硫原子，使得硫原子均匀分布于吸附剂中。本专利技术的上述的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂的合成方法，包括步骤：将Ca(NO3)2·4H2O与Na3PO3S分别溶于两个装有去离子水的塑料烧杯中，用氨水调节Ca(NO3)2溶液pH，随后在磁力搅拌下将Na3PO3S溶液逐滴滴加该Ca(NO3)2溶液中，混合液中不断有白色沉淀物生成，继续搅拌两小时，静置陈化，最后用去离子水离心洗涤白色沉淀物，再冷冻干燥得到白色粉末，研磨后得到含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂。本专利技术的上述的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂的应用，用所述吸附剂去除重金属污水中的单一Pb2+离子以及在Pb2+与以下一种或多种重金属离子共存情况下对Pb2+的选择性去除：Cd2+、Cu2+、Co2+、Ni2+和Zn2+。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂及其合成方法和应用，由于采用一步简易沉淀法合成得到含硫羟基磷灰石，该新型吸附剂在最优pH5.5时显示出对铅离子快速高效吸附，最大吸附容量达到1744.6mgg-1，并且，该吸附剂在多种重金属离子干扰的情况下依然保持了对铅离子非常优异的选择性吸附能力。附图说明图1a为本专利技术实施例制得的含硫羟基磷灰石的透射电镜示意图；图1b为本专利技术实施例制得的含硫羟基磷灰石的X射线衍射示意图；图2a为本专利技术实施例制得的含硫羟基磷灰石的能谱示意图；图2b为本专利技术实施例含硫羟基磷灰石吸附铅后的能谱示意图；图3为本专利技术实施例含硫羟基磷灰石在不同pH条件下对Pb2+的吸附效果示意图；图4为本专利技术实施例含硫羟基磷灰石在不同时间点对Pb2+的吸附量示意图；图5为本专利技术实施例含硫羟基磷灰石分别对单一重金属离子Pb2+和其与Cd2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+混合重金属离子的吸附效果示意图；图6为本专利技术实施例含硫羟基磷灰石在不同Pb2+浓度时的吸附效果示意图。具体实施方式下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂，其较佳的具体实施方式是：以Ca(NO3)2和Na3PO3S作为前驱体，采用共沉淀技术直接在其晶格中原位引入硫原子，使得硫原子均匀分布于吸附剂中。。本专利技术的上述的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂的合成方法，其较佳的具体实施方式是：包括步骤：将Ca(NO3)2·4H2O与Na3PO3S分别溶于两个装有去离子水的塑料烧杯中，用氨水调节Ca(NO3)2溶液pH，随后在磁力搅拌下将Na3PO3S溶液逐滴滴加该Ca(NO3)2溶液中，混合液中不断有白色沉淀物生成，继续搅拌两小时，静置陈化，最后用去离子水离心洗涤白色沉淀物，再冷冻干燥得到白色粉末，研磨后得到含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂。Ca(NO3)2与Na3PO3S的添加比例为1.67。使用氨水调节Ca(NO3)2溶液pH为10.5。搅拌结束后静置陈化时间为24h。本专利技术的上述的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂的应用，其较佳的具体实施方式是：用所述吸附剂去除重金属污水中的单一Pb2+离子以及在Pb2+与以下一种或多种重金属离子共存情况下对Pb2+的选择性去除：Cd2+、Cu2+、Co2+、Ni2+和Zn2+。所述吸附剂在废水中用量为0.02g/L，所述吸附剂在废水中进行吸附处理时的pH值控制在5～6，吸附处理的时间控制在12～24h。本专利技术采用晶格基团原位引入硫原子，具有良好的重金属铅离子吸附特性，该吸附剂用于重金属污水中铅离子的去除，配置不同浓度的Pb2+溶液，调节温度和pH，加入以上吸附剂，持续搅拌后，取上清液并过0.22μm滤膜进行过滤，用电感耦合等离子体光谱仪(ICP)测试其浓度，依据Langmuir吸附模型获得该吸附剂对铅离子的饱和吸附量。另外，配制一定浓度的重金属离子Pb2+、Cd2+、Cu2+、Co2+、Ni2+和Zn2+的混合溶液，在最优的pH和一定温度下加入以上吸附剂，持续搅拌12h，取上清液并过0.22μm滤膜进行过滤，用ICP后测试其浓度，所得的吸附量即为该材料在多种重金属离子共存下的选择性吸附性能。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术提供的含硫羟基磷灰石吸附剂是一种采用一步简易沉淀法制备、晶格基团原位引入硫原子的新型高效吸附剂，并且原料廉价易得，可以用于重金属污水中铅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂，其特征在于，以Ca(NO3)2和Na3PO3S作为前驱体，采用共沉淀技术直接在其晶格中原位引入硫原子，使得硫原子均匀分布于吸附剂中。

【技术特征摘要】
1.一种含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂，其特征在于，以Ca(NO3)2和Na3PO3S作为前
驱体，采用共沉淀技术直接在其晶格中原位引入硫原子，使得硫原子均匀分布于吸附剂
中。
2.一种权利要求1所述的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂的合成方法，其特征在于，
包括步骤：
将Ca(NO3)2·4H2O与Na3PO3S分别溶于两个装有去离子水的塑料烧杯中，用氨水调
节Ca(NO3)2溶液pH，随后在磁力搅拌下将Na3PO3S溶液逐滴滴加该Ca(NO3)2溶液中，混
合液中不断有白色沉淀物生成，继续搅拌两小时，静置陈化，最后用去离子水离心洗涤
白色沉淀物，再冷冻干燥得到白色粉末，研磨后得到含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂。
3.根据权利要求2所述的含硫羟基磷灰石铅离子吸附剂的合成方法，其特征在于，
Ca(NO3)2与Na3PO3S的添...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云霞，龚成云，汪国忠，叶新新，董安乐，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34