申请日2012.11.15
公开(公告)日2013.03.13
IPC分类号B01J20/02; B01J20/20; C02F101/20; C02F1/28; B01J20/30
摘要
本发明公开了一种废水处理用复合材料及其制备方法。该废水处理用复合材料包括多孔导电体和结合在所述多孔导电体的外表面和孔隙表面的羟基磷灰石层，其中羟基磷灰石层的厚度为1~100μm。本发明废水处理用复合材料以多孔导电体为基体，将钙盐溶液和磷酸二氢盐溶液混合流过多孔导电体，利用射频波致热沉积，再用碱水溶液进行水热处理，得到结合力更紧密和结合面更广的负载羟基磷灰石层的多孔导电体，并且组分可控，易于工业规模化生生产。
权利要求书
1.一种废水处理用复合材料，包括多孔导电体和结合在所述多孔导电体的 外表面和孔隙表面的羟基磷灰石层;其中，羟基磷灰石层的厚度为1~100μm。
2.根据权利要求1所述的废水处理用复合材料，其特征在于：所述多孔导 电体为钛及其合金、不锈钢、炭中的任一种。
3.根据权利要求1所述的废水处理用复合材料，其特征在于：所述多孔导 电体的形态为颗粒烧结状、泡沫状、纤维毡状中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的废水处理用复合材料，其特征在于：所述羟基磷 灰石层的形态为薄膜、层状或片状。
5.根据权利要求1～4所述废水处理用复合材料的制备方法，包括如下步 骤：
将所述多孔导电体作除油、清洗处理;
将所述多孔导电体置于可发射射频波的电容极板之间，同时让包含钙盐溶 液和磷酸二氢盐溶液的混合液流过所述多孔导电体，通过射频电磁波致热沉积 后得到羟基磷灰石前驱体;
将负载了羟基磷灰石前驱体的多孔导电体置于温度为80~280℃的碱水溶 液中进行水热处理12~48h，得到负载羟基磷灰石层的多孔导电体。
6.根据权利要求5所述的废水处理用复合材料的制备方法，其特征在于： 所述钙盐溶液和磷酸二氢盐溶液的浓度比为1~40：1~24mol/L。
7.根据权利要求5所述的废水处理用复合材料的制备方法，其特征在于： 所述混合溶液流过多孔导电体的流速为900~2300L/h。
8.根据权利要求5所述的废水处理用复合材料的制备方法，其特征在于： 所述射频波频率为100KHz~400KHz，制备时间为5min~20min。
9.根据权利要求5所述的废水处理用复合材料的制备方法，其特征在于： 所述钙盐溶液为氯化钙、硝酸钙、醋酸钙的至少一种，所述磷酸二氢盐溶液为 磷酸二氢铵、磷酸二氢氨、磷酸二氢钠的至少一种。
10.根据权利要求5所述的废水处理用复合材料的制备方法，其特征在于： 碱水溶液为氨水、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液的至少一种。
说明书
废水处理用复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种废水处理用复合材料及其制 备方法。
背景技术
工业废水，尤其是重金属废水，是造成环境污染的主要污染源之一，采矿、 选矿、冶炼、电镀、化工、制革和造纸工业这些行业产生的含铅、汞、镉、铬、 镍、铜、锌等重金属的废水排入天然水体后，不仅对水生生物构成威胁，而且 破坏生态环境，进而危害到人类的健康。在我国，重金属污染尤其严重。2011 年，《重金属污染综合防治“十二五”规划》成为国务院第一个审批的“十二五” 专项规划。
羟基磷灰石是一种环境友好矿物材料，在处理各类含有毒性金属离子废水 时具有广谱性与开放性。这种广泛替换的特点使它及其结构中可以容纳各种不 同类型与不同半径、不同电价的金属离子，尤其其在去重金属离子时具有优质、 高效、价廉、不易产生二次污染的优点，处理含铅、镉、汞等剧毒重金属离子 效果尤其显著。
然而，HA产品主要是粉体，如果将其直接装填在反应柱内，粉体之间的 堆积会导致流水阻力大、流通性很差，处理效率极低，特别是处理一段时间后， 所有通道被生成物堵塞而板结，甚至完全失去通透性。为了解决这些问题，HA粉 体与高分子聚氨酯、壳聚糖、聚丙烯酰胺相复合，或者将磷灰石负载于多孔碳 上。曾有文献报道了在多孔导电体制备羟基磷灰石涂层的方法，如电化学法、 热基体法、仿生法等，但这些方法的结合力价差。J.Go mez Morales报道了 一种感应加热法在导电体上负载羟基磷灰石的方法，但该方法只能在样件的表 面负载羟基磷灰石，难于在多孔体内部形成，而且该方法也不适合大体积导电 体负载羟基磷灰石，无法满足工业化生成要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种羟基磷灰石层和多 孔导电体结合紧密、结合表面积大的废水处理用复合材料。
本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、条件易控，成本低廉，易于工 业规模化生产的废水处理用复合材料的制备方法。为了实现上述发明目的，本 发明的技术方案如下：
一种废水处理用复合材料，包括多孔导电体和结合在所述多孔导电体的外 表面和孔隙表面的羟基磷灰石层;其中，多孔导电体和羟基磷灰石层的厚度为 1~100μm。
以及，一种废水处理用复合材料的制备方法，包括如下步骤：
将上述多孔导电体作除油、清洗处理;
将上述多孔导电体置于可发射射频波的电容极板之间，同时让包含钙盐溶 液和磷酸二氢盐溶液的混合液流过该多孔导电体，通过射频电磁波致热沉积后 得到羟基磷灰石前驱体;
将负载了羟基磷灰石前驱体的多孔导电体置于温度为80~280℃的碱水溶 液中进行水热处理12~48h，得到负载羟基磷灰石层的多孔导电体。
本发明废水处理用复合材料以多孔导电体为基体，并在其表面沉积羟基磷 灰石层，使得两者间结合紧密、结合面大。与羟基磷灰石粉体相比，采用羟基 磷灰石负载在多孔导电体上，可以改善羟基磷灰石的结构和物理化学性质，使 其成为多孔结构、增加比表面积，进一步增强该复合材料对重金属离子的吸附 性能。另外，羟基磷灰石的分子式为Ca10(PO4)6(OH)2，其中Ca2+容易被Mg2+、 Fe2+、Mn2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Hg2+、Ba2+、Na+、K+、Ag+置换，[PO4]3-可被 [SiO4]4-、[SO4]2-、[CO3]2-、[AsO4]3-、[VO4]3-、[CrO4]2-等络阴离子团取代,OH- 可以被F-、Cl-替换，从而赋予了该废水处理用复合材料具有非常优质、高效的 吸附废水重金属能力。
本发明废水处理用复合材料的制备方法，将钙盐溶液和磷酸二氢盐溶液混 合流过多孔导电体，在射频热体系中通过钙盐和磷酸二氢盐的液相沉积反应生 成的羟基磷灰石前驱体负载于多孔导电体表面，从而实现高分散负载和更大的 比表面积，提高了废水处理用复合材料对废水处理的能力。其制备方法制备方 法工艺简单，条件易控，有效降低了生产成本，易于工业规模化生产。