缓释性复合磷酸盐玻璃的制备及阻垢性能研究

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磷酸盐玻璃具有制备温度低、生物活性好等优点,是性能独特的缓释材料,并且其中的主要成分聚磷酸盐是一种高效阻垢剂,常温下在水溶液中溶解时,能将偏磷酸根等稳定释放出来,溶解完毕不留残渣。本文在组成为40Na2O·60P2O5基础上,分别用CaO、MgO取代网络修饰体Na2O和用Al2O3、B2O3、SiO2取代网络形成体P2O5,制备出五个组成体系的磷酸盐玻璃,并探讨了化学组成对缓释性磷酸盐玻璃网络结构和溶解性能的影响,以此研究缓释性复合磷酸盐玻璃的溶解-水解过程和判定其作为水处理中阻垢剂的可行性。  磷酸盐玻璃的化学组成是影响化学稳定性的重要因素,是影响其溶解释放速率的内在因素。研究表明,引入CaO或Al2O3氧化物取代Na2O可提高缓释性磷酸盐玻璃的化学稳定性;相比之下,引入B2O3、SiO2取代P2O5会使磷酸盐玻璃的化学稳定性恶化。这是由于,CaO或Al2O3不仅可使四面体[PO4]上的钠离子与非桥氧的结合更加紧密,还可使[PO4]四面体之间P-O-P链的振动加强。  当CaO和MgO的取代量分别超过15mol%时,样品的溶解速度显著下降,玻璃样品释放出PO43-的浓度与时间基本呈现线性关系,为匀速溶解。Al2O3取代P2O5量大于2.5mol%时,溶液中PO43-离子的浓度在1ppm左右。用B2O3取代等摩尔的P2O5,随着取代量x的增大,PO43-离子的浓度迅速增大。SiO2取代P2O5的量x超过5mol%时,溶液中PO43-离子的浓度随时间增长而变大,温度的升高使玻璃样品的溶解速率显著增大。阻垢率测试结果表明,玻璃样品组成为20Na2O·20CaO·xSiO2·(60-x)P2O5的阻垢率均大于80%,可作为阻垢剂。  磷酸盐玻璃是缓慢溶解释放的良好载体,利用其溶解释放特性可以对水质进行阻垢处理,突破了磷酸盐玻璃化学稳定性差的应用局限性,有利于系统中水处理剂的浓度得到稳定控制,进而大幅减轻水质监测及工艺操作工作量,具有良好的工业应用前景。
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