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羟基磷灰石与炭复合材料对水溶液中刚果红的吸附研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 羟基磷灰石的概述

1.1.1 羟基磷灰石的制备

1.1.2 羟基磷灰石的应用

1.1.3 羟基磷灰石的改性

1.2 羟基磷灰石复合材料的概述

1.2.1 羟基磷灰石复合生物材料

1.2.2 羟基磷灰石复合吸附材料

1.3 羟基磷灰石在废水净化中的应用

1.3.1 染料废水危害

1.3.2 染料废水防治措施

1.3.3 吸附类型

1.3.4 吸附剂种类

1.4 本课题目的和研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验仪器和实验原料

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验原料及试剂

2.2 材料制备

2.2.1 羟基磷灰石的制备

2.2.2 羟基磷灰石/炭复合材料的制备

2.3 吸附性能测试方法

2.3.1 刚果红液相吸附测试

2.3.2 吸附动力学

2.3.3 吸附等温线

2.3.4 吸附热力学

2.3.5 粒子扩散方程

2.4 表征方法

2.4.1 扫描电子显微镜

2.4.2 透射电子显微镜

2.4.3 紫外可见分光光度测试

2.4.4 傅立叶转换红外光谱测试

2.4.5 X射线衍射测试

2.4.6 氮气等温吸脱附测试

2.4.7 热重分析测试

第三章 结果与讨论

3.1 引言

3.2 羟基磷灰石和羟基磷灰石/炭复合材料的制备及表征

3.2.1 羟基磷灰石的化学组成表征及结构表征

3.2.2 羟基磷灰石/炭复合材料的化学组成表征及结构表征

3.2.3 小结

3.3 羟基磷灰石在刚果红溶液吸附中的应用研究

3.3.1 可行性研究

3.3.2 刚果红紫外波长及标准曲线

3.3.3 初始浓度对吸附性能的影响

3.3.4 羟基磷灰石的吸附等温线研究

3.3.5 小结

3.4 羟基磷灰石/炭复合材料在刚果红溶液吸附中的应用研究

3.4.1 羟基磷灰石,炭复合材料吸附前后样品对比

3.4.2 初始浓度对吸附性能的影响

3.4.3 时间对吸附性能的影响

3.4.5 羟基磷灰石/炭复合材料的等温吸附性能

3.4.6 羟基磷灰石/炭复合材料的吸附热力学研究

3.4.7 羟基磷灰石/炭复合材料的吸附动力学研究

3.4.8 羟基磷灰石/炭复合材料粒子扩散方程

3.4.9 小结

3.5 羟基磷灰石与羟基磷灰石/炭复合材料对刚果红吸附的对比研究

3.5.2 元素组成的对比分析

3.5.3 结构的对比分析

3.5.4 最大吸附量的对比分析

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

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摘要

羟基磷灰石因其良好的吸附性和生物相容性成为研究热点,得到了广泛的关注。本文以食品加工废弃物动物骨为原料制备羟基磷灰石及其炭复合材料,并将其应用于水的净化。
  首先,借助天然复合材料-牛骨的结构和组成的优势,制备了纳米羟基磷灰石;为实现资源的有效利用,提高材料的吸附性能,以骨为原料制备了羟基磷灰石/炭复合材料,其中炭可以有效地抑制羟基磷灰石的团聚。研究发现,复合材料对刚果红吸附效果明显优于羟基磷灰石,这为高性能染料吸附剂的开发奠定了基础。
  其次,系统地研究了牛骨基羟基磷灰石对刚果红的吸附行为。研究结果表明,600℃煅烧得到的羟基磷灰石产物吸附的能力较强,其最大吸附量可以达到389.10mg·g-1,远高于市售的纳米羟基磷灰石;700℃煅烧得到的羟基磷灰石产物对刚果红的吸附能力次之,且随着煅烧温度的不断提高,其产物对对刚果红的吸附能力不断下降,但在实验范围内,其下降程度很低,如800℃与900℃煅烧得到的产物对刚果红的吸附能力相近,且都明显优于市售纳米羟基磷灰石。研究证明,所制备的羟基磷灰石对刚果红的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型。
  最后,研究了羟基磷灰石/炭复合材料对水溶液中刚果红的吸附行为。在刚果红初始浓度200 mg·L-1,移除率可高达99%。不同煅烧温度得到产物的吸附性能有所不同。在实验范围内,600℃煅烧得到的产物对刚果红的吸附能力较高,其Langmuir最大吸附量达到423.72mg·g-1;800℃煅烧得到的产物吸附能力相对较低,但仍为市售纳米羟基磷灰石最大吸附量的2.3倍。研究证明,吸附行为符合准二级动力学模型,吸附过程中物理吸附与化学吸附共存。

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