界面分选原理

研究生课程论文封面课程名称：界面分选原理论文题目：矿物材料磷灰石的应用及前景学生班级：矿业工程学生姓名：刘露露学生学号：201501704061任课教师：张一敏评分标准及分值选题与参阅资料（分值）论文内容（分值）论文表述（分值）创新性（分值）评分论文评语：总评分评阅教师:评阅时间年月日注：此表为每个学生的论文封面，请任课教师填写分项分值矿物材料磷灰石的应用及前景刘露露（武汉科技大学资源与环境工程学院矿业工程矿物加工专业，学号：201501704061）摘要：磷灰石，A10(PO46(OH/Cl/F)2，以钙磷灰石最为常见，其中羟基磷灰石，Ca10(PO4)6(OH)2，是哺乳动物内骨骼、牙齿等硬组织的主要无机成分。磷灰石晶体呈六面体结构，分别在a轴和c轴方向有空间通道，晶体中的Ca能被其他金属元素替换。磷灰石的这些物理化学及生物特性，决定了它在重金属污染处理、负载载体材料、生物医学等方面作用巨大。关键字：磷灰石；重金属处理；光催化；载体随着人类物质文明的不断进步，人们对矿物材料的研究也逐步深入。磷灰石具有特殊的晶体结构，是人体和动物骨骼的重要组成部分，是一种由无机物组成的吸附剂，具有较高的吸附性能和生物相容性，对金属离子和染料具有吸附固定作用，可以用于处理废水中的金属离子和染料，其主要作用是表面晶格离子的阳离子的交换作用。磷灰石除了用作环境矿物材料处理重金属污染废水，还能进行一定的光催化作用。已知的具有很强光催化效应的有金红石，光催化降解有机物是一种高效的深度氧化过程。研究表明，磷灰石具有一定的光催化效应。已经有很多学者通过制备磷灰石负载高效光催化剂，强化光催化效果，提高催化剂利用率。因磷灰石的生物相容特性和吸附特性，在生物医药方面的应用也非常广泛。1磷灰石作为吸附剂磷灰石的晶体化学通式为A10(XO4)6Z2，其晶体结构中存在广泛的类质同象替换。由于磷灰石特殊的晶体化学特征，使得它对多种金属阳离子具有广泛的容纳性和吸附固定作用[1-5]。天然磷灰石多为含碳酸根的氟磷灰石，未经处理的天然磷灰石对水溶液中重金属的去除率比合成磷灰石低一个数量级。而经活化改性的天然磷灰石能够快速并有效的去除水中的重金属。用磷灰石处理含Pb2+废水，磷灰石可以将水溶液中的铅离子吸附在表面，然后与磷灰石表面晶格中的钙离子发生离子交换作用，产生铅的磷酸盐沉淀，去除溶液中的Pb2+；用磷灰石处理含Fe3+废水，磷灰石在溶液中部分解离成钙离子和磷酸根，磷酸根与废水中的铁离子形成磷酸铁沉淀，形成溶解再沉淀的体系，最终去除废水中的铁离子。除此外，磷灰石能固化废水中毒性阳离子Cd2+、Hg2+，并与阴离子F-产生离子交换作用。用改性天然磷灰石去除废水中的六价铬离子，机理是以络阴离子形式存在的Cr6+自发吸附在磷灰石溶解形成的带正电荷表面，然后与溶解的Ca2+反应，形成铬酸钙沉积在固体表面，实现相转移。将天然磷灰石用表面改性剂进行活化处理后，得到的可以有效去除废水中毒性金属离子的天然环保材料，它对溶液中金属离子的去除效果与合成磷灰石相当，且具有来源广、处理工艺简单、成本低的特点，作用物可露天弃置而不会造成二次污染。天然磷灰石对工业废水中重金属具有较好的去除效果，加入少量即可有较高的去除作用，可利用动态法进行废水的连续处理，具有现场工艺应用意义，使工业废水达到国家排放标准。2磷灰石复合材料2.1光催化磷灰石为六棱柱晶体结构，有很强吸附能力，比表面积大。进来，以磷灰石为载体，负载光催化剂制备光催化复合材料是目前的研究热点[6-8]。金红石，二氧化钛，可以将脂肪、羧酸、表面活性剂、染料、有机磷杀虫剂等较快的完全养化为CO2和H2O等无害物质，在诸多光催化氧化剂中二氧化钛因为具有稳定性好、光催化活性强、对人体无害等优点被公认为目前发现的光反应最佳催化剂。但是，二氧化钛在光催化过程中，容易被反应物和反应产物覆盖遮蔽，导致二氧化钛无法继续进行催化，光催化剂中毒，且反应时二氧化钛无法主动接触待处理物，很大降低了光崔化剂的工作效率。磷灰石比表面积大，并且有很强的吸附性能，能够主动的将待处理物吸附在表面。已经有很多学者做了这方面的工作，制备磷灰石负载二氧化钛复合材料，能够有效的提高催化效率，并且很好的避免了催化剂失活和中毒现象。制备磷灰石基复合材料，首先需要制备比表面积大的多孔磷灰石材料，使二氧化钛容易负载到磷灰石表面。磷灰石-二氧化钛复合材料的作用过程是，溶液中的有机物因静电作用被吸附到磷灰石表面，负载在磷灰石表面的二氧化钛接触到有机物，通过光催化效应将有机物深度氧化成二氧化碳和水，而由于磷灰石比表面积很大且多孔，氧化产物很快离开磷灰石表面进入溶液，又有新的待催化物被吸附在磷灰石表面，如此反复进行。磷灰石-二氧化钛复合材料有效的避免了催化剂中毒失活的问题。制备工艺简单，减少了二氧化钛的使用量，提高利用率，有很大的经济价值。2.2生物医药生物材料通常包括两种：一是天然生物材料，如结构蛋白、生物矿物和复合纤维；二是生物医用材料，用于生理系统疾病的诊断治疗修复或替换。要求无毒性、不致癌，不引起人体细胞的突变和反应；与人体组织相容性好，无溶血、凝血现象；化学性质稳定，抗液体、血液及酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械性能；针对不同的使用目的具有特定的功能。羟基磷灰石具有多种医用功能和良好的生物活性和生物相容性，故研究羟基磷灰石与且它生物材料复合,制备功能良好的优异的生物材料是一个研究热点[9-12]，如制备药物缓释剂或药物载体，仿生生物体等。阿霉素是用于治疗抗肿瘤的药物，但是其毒性较大限制了其推广应用。用磷灰石作为载体，吸附阿霉素，制备磷灰石-阿霉素缓释药剂，能够有效的控制阿霉素在作用环境中的浓度，浓度保持在一个安全的范围，既可以有效的抗肿瘤，又不会超标而造成威胁。彭向欣等早在2000年就做过此研究，得出此复合药物可在组织中维持有效治疗浓度5天左右，该复合药物局部应用可提高和维持组织有效治疗浓度，减少毒副作用。羟基磷灰石是一种具有良好生物相容性的物质，对体细胞的DNA无致突变作用，同时有多孔性及吸附作用，可以作为一种药物的缓释剂材料。与其他类型缓释剂相比，具有廉价及获取方便的优点。除用作药物缓释剂外，磷灰石还可由于制备仿生材料，如制备支撑移植骨等。已经有很多研究表明，磷灰石非常适合制被仿生材料。用羧甲基纤维素钠（CMC）为粘结剂或基质，制备三维羟基磷灰石复合材料，通过控制羧甲基纤维素钠和磷灰石的质量比，得到微观结构不一样的骨材料，可在其上负载一定的药物，即充当移植骨有作为缓释剂材料。3前景磷灰石是一种环境材料和生物材料。许多环境矿物材料因其特有的成分及结构特征而具有吸附、过滤、分离、离子交换、催化等优异的物理化学性能，对环境污染物的治理具有独特的功效。其储量丰富，加工处理工艺相对简单，价格低廉。因此，磷灰石材料用于环境治理具有巨大的社会效益和经济效益。而磷灰石优异的生物相容性，使其在生物医用材料和天然生物材料方面的应用有很大的研究和探索潜力。参考文献[1]胡恋,陈朝猛,谢水波.羟基磷灰石生物活性材料处理重金属废水的机理及效果研究[J].南华大学学报(自然科学版),2005,S1:28-33.[2]郑伟.碳羟磷灰石的制备及对重金属离子的吸附研究[D].湖南大学,2007.[3]张昱.碳羟磷灰石对重金属离子的吸附研究[D].湖南大学,2008.[4]刘羽,胥焕岩.磷灰石用于处理重金属废水的研究进展[A].中国矿物岩石地球化学学会.中国矿物岩石地球化学学会第十届学术年会论文集[C].中国矿物岩石地球化学学会:,2005:1.[5]石和彬.磷灰石型环境矿物材料的制备与表征[D].中南大学,2012.[6]郑丽.磷灰石光催化复合材料结构调控及降解黄药废水的实验研究[D].武汉科技大学,2015.[7]马正先,李兵,逄鲁峰,等.离子掺杂羟基磷灰石光催化抗菌材料的研究进展[J].硅酸盐通报,2016,02:474-477.[8]乔莉莉.羟基磷灰石改性及光催化降解染料性能研究[D].安徽工业大学,2010.[9]盖立婷,徐高祥,张鲁鲁,等.聚乳酸/羟基磷灰石(PLLA/HA)复合物预成乳前牙根管桩的生物相容性研究[J].口腔医学研究,2015,11:1073-1077.[10]于方丽,周永强,张卫珂,等.羟基磷灰石生物材料的研究现状、制备及发展前景[J].陶瓷,2006,02:7-12.[11]邓育红1崔旭2彭松林1*.SrHA/PMMA复合骨水泥的制备、理化性能及细胞相容性研究[J].生物骨科材料与临床研究,2016,04:.[12]霍爱玲,陈金慧,甄艳,等.无机纳米颗粒在植物转化中的应用[J].南京林业大学学报(自然科学版),2016,:1-3.ApplicationandprospectofthemineralmaterialapatiteLiuLulu（CollegeofResourcesandEnvironmentalEngineering,WuhanUniversityofScienceandTechnology,No.201501704061）Abstract：Calciumapatiteofallapatite,A10(PO46(OH/Cl/F)2，wasthemostcommon.Hydroxyapatitewasthemajorinorganiccomponentofhardtissuessuchasbones,teeth,andsooninmammals.Apatitewashexagon.ithadSpacechannelinaandcbearingandtheCa2+ionicinlatticecouldbetookplacebyothermetallon.ThePhysicalandchemicalandbiologicalpropertiesofapatitedecidedthatitplayedahugeroleinHeavymetalpollutiontreatment,loadcarriermaterials,biomedicine,etc.Keywords：apatite;Heavymetalpollutiontreatment;photocatalysis;carrier