海洋与合成钙源制备的纳米羟基磷灰石高效去除对氯苯酚的环境修复应用研究

本研究针对工业废水中有机污染物p-chlorophenol的治理难题，以海洋贝壳废弃物（Crassostrea virginica和Anadara granosa）及合成钙源为原料，通过低温煅烧（400°C）制备纳米羟基磷灰石（HAp）。结果表明，生物源HAp（O-HAp）具有优异的多孔结构（BET比表面积）和吸附性能（56%降解效率，22.32 mg/g吸附容量），为绿色环保型水处理材料开发提供了新策略。

　　

水环境污染治理一直是全球性挑战，其中酚类化合物如对氯苯酚（p-chlorophenol）因高毒性和生物累积性备受关注。传统处理方法如氧化或生物降解存在成本高、效率低等问题，而羟基磷灰石（Hydroxyapatite, HAp）因其独特的化学稳定性（Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂）和生物相容性，成为新兴吸附材料。然而，传统HAp合成依赖高温煅烧（>800°C）和合成钙源，能耗高且不符合可持续发展理念。与此同时，全球每年产生约1000万吨贝壳废弃物，其富含碳酸钙（CaCO₃）却利用率不足，造成资源浪费与环境压力。

针对上述问题，印度泰米尔纳德邦政府首席研究员基金支持的团队以海洋贝壳（牡蛎壳Crassostrea virginica和蛤蜊壳Anadara granosa）为原料，通过低温湿化学沉淀法（400°C）制备纳米HAp，并与合成钙源HAp（S-HAp）对比性能。研究发现，生物源HAp（O-HAp和C-HAp）具有更优的纳米结构（30-50 nm纳米棒，HR-TEM证实）和表面特性（BJH显示更高孔容），对p-chlorophenol的吸附符合伪二级动力学模型，最大吸附量达22.32 mg/g，显著优于既往报道的HAp复合材料（如Alumina-HAp对2-氯酚的9.59 mg/g）。该成果发表于《Materials Chemistry and Physics》，为废弃物高值化利用和水污染治理提供了双赢方案。

关键技术方法
研究采用湿化学沉淀法，以贝壳粉（含96-97% CaCO₃）为钙源，磷酸为磷源，通过400°C煅烧（能耗2.73×10⁵ kJ）制备HAp。通过PXRD（粉末X射线衍射）分析晶相，HR-SEM/TEM表征形貌，BET/BJH测定比表面积和孔径分布，ICP-OES检测纯度（O-HAp达99.61%），并评估不同pH和时间下对p-chlorophenol的吸附性能。

研究结果

1. 前驱体CaCO₃相评估：PXRD证实牡蛎壳以方解石（calcite，JCPDS 05-0586）为主，蛤蜊壳含文石（aragonite，JCPDS 05-0453），后者与人体骨密度相似。
2. HAp的纳米结构特征：O-HAp沿c轴生长形成纳米棒，比表面积达89.42 m²/g（S-HAp仅56.31 m²/g），孔隙结构更利于污染物扩散。
3. 吸附性能：O-HAp在pH 7时56%降解效率，吸附容量22.32 mg/g，优于S-HAp（15.7 mg/g），归因于其表面缺陷和离子交换位点。

结论与意义
该研究首次实现贝壳废弃物低温转化纳米HAp，其环境修复性能超越传统合成材料。生物源HAp的微结构优势（如文石相似性）暗示其在骨修复等生物医学领域的潜力。通过“废弃物-功能材料-污染治理”闭环设计，不仅降低能耗（较文献降低30%），还为工业废水处理提供绿色吸附剂原型。作者Sudhaparimala S和Kowsalya S强调，该方法无需额外稳定剂即可调控HAp尺寸，未来可拓展至其他有机污染物去除研究。