摘要
工业生产中含有重金属和有机染料废水的排放，使得土壤和水体受到污染，严重破坏了自然界的生态平衡。羟基磷灰石（HAP）是一种环境友好型材料，对污染物有良好的吸附能力。此外，HAP还具有制备工艺简单，成本低，原料来源广等优势，但也存在分散性不好、吸附时易团聚的缺陷。腐植酸（HA）是一类广泛存在于自然界中的有机质，有良好的吸附性能并具有胶体性质，在水溶液中有很好的分散性，可作为复合材料与HAP进行复合，改善HAP的团聚问题。本研究通过引入Mg(NO3)2对HAP进行掺杂改性，得到Mg-HAP复合物后再与HA进行复合，制备出Mg-HAP-HA复合吸附剂。以Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)为目标污染物进行吸附实验，考察复合吸附剂的吸附性能。根据Mg-HAP-HA复合吸附剂对Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、MB、RhB的吸附动力学、热力学模型拟合结果，吸附前后材料的表征（SEM、FT-IR、XRD、BET），探讨Mg-HAP-HA复合吸附剂对吸附质的吸附机理。主要研究结果如下： （1）从腐植酸钠固体中提取出HA，选用Mg(Ⅱ)作为掺杂离子对HAP进行掺杂改性，通过静态吸附实验筛选出Mg∶(Ca+Mg)摩尔比为0.2时吸附性能最佳。将筛选出来吸附性能最佳的Mg-HAP与HA进行复合，制备出Mg-HAP-HA复合吸附剂。 （2）通过单因素实验，研究了HA、Mg-HAP和Mg-HAP-HA对Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、MB、RhB的吸附性能，确定了最佳的吸附条件。结果发现Mg-HAP-HA复合吸附剂对目标污染物的吸附效果优于HA、Mg-HAP。Mg-HAP-HA对Pb(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、MB、RhB吸附过程符合准二级动力学模型和Temkin等温模型，吸附过程以化学吸附为主，吸附热随表面覆盖度呈线性下降。颗粒内扩散模型表明吸附过程由液膜扩散和内扩散共同控制。 （3）循环再生实验研究了Mg-HAP-HA复合吸附剂的再生性能，结果表明Mg-HAP-HA对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)仅能有效循环吸附两次，再生性能较差；对Ni(Ⅱ)可以有效循环吸附三次；对MB可以有效循环吸附三次；对RhB可以有效循环吸附四次。根据实验可以看到Mg-HAP-HA的再生性能不佳，是由于对吸附质主要为化学吸附，难以解吸。 （4）通过SEM、FT-IR、XRD、BET等表征手段对复合前后的吸附剂进行表征分析。结果表明Mg-HAP包覆在HA表面，改善了Mg-HAP易团聚的问题。Mg-HAP与HA进行复合后，表面活性基团增多，同时晶体结构并未发生改变。同时由实验结果得知，经过与腐植酸复合后，引入了大量的活性基团，有效提升了对有机染料的吸附性能。分析吸附机理得知，复合吸附剂对Pb(Ⅱ)的吸附过程以溶解沉淀、离子交换和配合作用 为主，伴有物理吸附；对Ni(Ⅱ)的吸附过程主要以离子交换和配合作用为主，伴有物理吸附；对Cr(Ⅵ)的吸附过程主要包括物理吸附、静电吸附以及配合作用；对MB和RhB的吸附过程主要包括物理吸附、静电吸附、氢键作用、π-π相互作用。
NETL