[發(fā)明專利]具磺酸基聚合物基納米氧化鐵重金屬吸附劑的制備及應(yīng)用

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210132813.7
• 申請(qǐng)日: 2012-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN102631899A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李正魁;劉丹丹;華蓉;葉忠香
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/26
• 分類號(hào): B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C08F220/58;C08F220/28;C08J3/28;C08K3/22;C02F101/20;C02F101/22
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及聚合物基納米氧化鐵的制備及其對(duì)重金屬廢水深度凈化處理的應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，由于人類對(duì)重金屬的開采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動(dòng)日益增多，產(chǎn)生的重金屬在數(shù)量上和種類上都大大增加，導(dǎo)致重金屬大量進(jìn)入土壤、水體中，不僅引起嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，而且對(duì)人類的身體健康產(chǎn)生了很大的威脅。此外，重金屬和重金屬離子對(duì)水棲生物、植物和環(huán)境等都具有極大的危害。故此，防治重金屬污染已經(jīng)被國(guó)家列為“十二五”污染防治工作的重點(diǎn)。鉻和鉛是嚴(yán)重污染環(huán)境的重金屬，造成的污染普遍存在，且難以消除，給環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重的危害。因此，開展重金屬污染物的處理研究具有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

重金屬廢水處理技術(shù)主要包括化學(xué)法(化學(xué)沉淀、氧化還原、鐵氧體法等)、生物法、蒸發(fā)濃縮、電解法、離子交換法、吸附法、膜分離法等。其中化學(xué)沉淀法因投資省、運(yùn)行成本低等原因應(yīng)用最為廣泛，但重金屬污染物的處理深度偏低，出水水質(zhì)受原廢水水質(zhì)波動(dòng)、pH控制、沉淀時(shí)間、攪拌條件等因素影響波動(dòng)性較大，易出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象；蒸發(fā)濃縮、電解法等深度處理技術(shù)雖在處理效果上有較好表現(xiàn)，但在設(shè)備投資及處理成本上仍然偏高，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用；混凝、生物處理、氧化還原等往往達(dá)不到重金屬廢水排放標(biāo)準(zhǔn)；反滲透、超濾、納濾等膜分離技術(shù)總體處理效果較好，但對(duì)運(yùn)行條件要求較高，出水和回用率不穩(wěn)定，投資與操作成本偏高。而吸附法因其成本低廉、方法簡(jiǎn)便易行受到環(huán)境界研究人員的重視。目前，常用的吸附劑主要有活性炭、沸石、離子樹脂和螯合樹脂等，而采用共聚法制備吸附劑的研究相對(duì)較少。

現(xiàn)有研究表明，氨基、磺酸基等基團(tuán)由于引入了電子云密度較高的氮、硫原子，易與金屬離子發(fā)生配位絡(luò)合，因此對(duì)重金屬離子具有良好的吸附性能。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)由于具有磺酸基具有成為吸附重金屬離子共聚物的價(jià)值。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710009066公布了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的制備方法，專利申請(qǐng)?zhí)枮?2103930公布了在紫外光作用下，通過與AM/AMPS共聚物發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，使之轉(zhuǎn)化為具有反應(yīng)活性的材料的方法。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810143887公開了一種聚丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的制備方法。另外，張保良等人(山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2011年，Poly(AM/AMPS)反相乳液的Hofmann降解及其在脫除Cu²⁺方面的應(yīng)用)報(bào)道了通過化學(xué)方法制備兩性聚合物-聚(丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/乙烯胺)及對(duì)Cu²⁺的吸附，謝建軍等人(功能高分子學(xué)報(bào)，2008年，丙烯酸系高吸水樹脂反相懸浮聚合法制備及其吸附性)報(bào)道了采用反相懸浮聚合法制備聚(丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)及對(duì)Cu²⁺，Cr³⁺的吸附性能。

近年來，納米氧化鐵由于分散性好，強(qiáng)烈吸收紫外線，具有良好的耐光、熱、酸堿、腐蝕性氣體及良好的磁性廣泛各種工業(yè)上，制備納米氧化鐵的方法有很多，如水熱法、強(qiáng)迫水解法、溶膠-凝膠法、固相法、微波法、微乳法等，申請(qǐng)?zhí)枮?00910095739.4公開了一種聚乙烯吡咯烷酮修飾的超順磁性氧化鐵納米顆粒的制備方法，申請(qǐng)?zhí)枮?01010139529.3公開了一種去除水體中微量磷、砷和銻的納米復(fù)合吸附劑，專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510023582.6公開了一種采用電子束輻射法制備納米氧化鐵的方法。另外，同濟(jì)大學(xué)的梁美娜，劉海玲等(應(yīng)用化學(xué)，2007，納米氧化鐵的制備及其對(duì)砷的吸附作用)采用沉淀法制備了納米氧化鐵，研究了制備條件，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了表征。濟(jì)南大學(xué)的鄭婭娜，何茂強(qiáng)等(濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，Pb²⁺在稀土摻雜納米氧化鐵表面的吸附行為)采用溶膠-凝膠法制備稀土元素(La、Ce)摻雜改性的納米氧化鐵，研究了制備其對(duì)重金屬離子Pb²⁺吸附作用；李廣川，胡軍等(廣東化工，2011，納米氧化鐵應(yīng)用于水中鎘(II)的吸附)研究了新型納米Fe₂O₃材料對(duì)水中Cd²⁺的靜態(tài)吸附性能，考察了影響吸附與解吸的主要因素。但上述方法大多數(shù)為化學(xué)聚合法，其制備過程往往需要添加引發(fā)劑，導(dǎo)致制備的高分子材料純度下降，而電子束方法則采用高劑量電子束輻照一步法直接制備納米氧化鐵，沒有采用先制備吸附重金屬離子的聚合物再負(fù)載納米氧化鐵進(jìn)而制備納米氧化鐵水凝膠，增強(qiáng)其吸附重金屬吸附能力的方法。