[發明專利]一種高效去除水體中微量磷、砷和銻的納米復合吸附劑

有效

• 申請號: 201010139529.3
• 申請日: 2010-04-02
• 公開（公告）號: CN101804333A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 潘丙才;呂路;張孝林;張煒銘;吳軍;張全興
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;C02F1/28;C02F1/58
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種納米復合吸附劑，更具體的說是一種對磷、砷和銻具有極高選擇性的 納米復合吸附劑。

背景技術

砷和銻是典型的有毒有害元素，對包括人在內的生物具有極強的毒性，磷則被認為是 導致水體富營養化的關鍵元素之一，無論國內、國際，水體中對砷和銻的含量均有嚴格的 限定，對磷的含量也有相應的規定。

吸附法被認為是處理水體磷、砷、銻污染最為經濟有效的方法之一。近二十年來的研 究已表明，水合氧化鐵和氧化錳顆粒具有較高的比表面積和表面羥基密度，對磷、砷、銻 具有高度的吸附選擇性，且可通過調節pH值實現其再生和反復使用。該類氧化物顆粒尺 寸極細(一般在微米或納米維度內)，直接應用于連續式吸附系統時易產生極高的壓頭損 失，并致使吸附系統無法穩定運行；而應用于靜態吸附系統時則難以有效分離。將氧化鐵 或氧化錳顆粒固載于多孔性大顆粒載體內制備成復合吸附劑是解決其工程化應用瓶頸的 有效途徑。

專利號：ZL?2005?1?00951775；ZL?2006?1?004136654公開了以納米孔結構的聚合物 作為載體，通過內表面沉積技術將納米氧化鐵、氧化錳顆粒固載于聚合物載體的納米孔道 內，研制成功系列有機-無機納米復合吸附劑，成功解決了水體中微量重金屬、砷、硒等多 種污染物的深度凈化難題。這種納米復合吸附劑既解決了納米氧化物顆粒直接應用于流態 系統時壓頭損失大、分離困難的問題；同時又巧妙地利用了聚合物載體表面固定化荷電基 團產生的Donnan膜強化傳質效應，大大強化了對目標污染物的吸附選擇性，提高了納米 復合吸附劑的工作吸附量。

然而，作為載體的聚合物納米孔道尺寸較大(一般孔寬為幾十到幾百納米)，如此大 的尺寸使得其比表面積并不很理想(一般為200～500m2/g)，其最大交換容量也有限(一 般為100～1000mmol/L)，此種載體在使用中溶脹現象明顯，反復溶脹使得聚合物極易破 碎，影響其壽命。更為重要的是，一般納米無機功能顆粒的粒徑略小于載體的納米孔道， 因此已有的納米復合吸附劑中的納米無機功能顆粒的粒徑也為幾十到幾百納米，如此大的 粒徑使得無機功能顆粒的納米效應不明顯，吸附反應活性偏弱，吸附量和選擇性偏低，對 目標污染物的深度去除能力有待進一步提高。研究表明，無機功能顆粒粒徑越小，其納米 效應越明顯，反應活性越強，吸附量越大，對目標污染物的選擇性越高。已有的納米復合 吸附劑面臨的這些問題都可以通過選用更優異的低納米孔聚合物作為載體來解決。

超高交聯苯乙烯-二乙烯苯離子交換樹脂是具有更為豐富的納米孔結構的聚合物，其 納米孔直徑大部分為20nm以下，由于具有更大的交聯度(20-70％)，其溶脹度較小，使 用壽命長。

發明內容

1.發明要解決的技術問題

針對現有的納米復合吸附劑溶脹明顯、吸附反應活性偏弱、吸附量和吸附選擇性偏低 等問題，本發明提供一種高效去除水體中微量磷、砷和銻的納米復合吸附劑。該吸附劑可 應用于地表水、地下水或工業廢水、生活污水及其他水相介質中微量磷、砷、銻的深度凈 化。該發明能夠使目標水相介質即使共存高濃度競爭陰離子Cl^-、HCO₃^-、SO₄^2-時，仍可 實現水中磷、砷、銻的深度凈化與安全控制。

2.技術方案

一種高效去除水體中微量磷、砷和銻的納米復合吸附劑，其有機骨架為超高交聯苯乙 烯-二乙烯苯離子交換樹脂，有機骨架表面鍵聯的功能基為季銨基或吡啶基，負載有納米無 機功能顆粒，1-20nm納米孔總體積占有機骨架所有孔總體積的比例≥90％。

納米無機功能顆粒為納米水合氧化鐵或納米水合氧化錳。通過液相沉積的方法將納米 水合氧化鐵或納米水合氧化錳擔載于超高交聯苯乙烯-二乙烯苯離子交換樹脂上獲得負載 的納米無機功能顆粒，負載量分別以鐵或錳計重量百分比為2-15％，納米無機功能顆粒尺 寸達到0.5-18nm的百分比高于99％。

上述納米復合吸附劑負載的納米無機功能顆粒以Fe/Mn計平均每克可吸附磷 300～800mg，砷220～700mg，銻180～500mg；