[發明專利]一種磷酸鈦納米花涂層材料高深度凈化水中重金屬的方法

有效

• 申請號: 201711083135.9
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107892361B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 張慶瑞;屈年瑞;陳賀;張帥其;喬麗麗;孫奇娜
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: C02F1/42
• 分類號: C02F1/42;B01J39/05;B01J39/20;C08J7/06;C02F101/20
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 續京沙

一種磷酸鈦納米花涂層材料的制備方法，其主要是以鈦酸丁酯為前驅體，將其溶解于有機醇中，同時加入強酸陽離子交換樹脂，在溫度40?60℃，反應5?12h，而后加入磷酸溶液，反應5?20h，在樹脂外表面形成三維層狀磷酸鈦納米花，其納米磷酸鈦擔載量質量分數為5.8?26.3％；使用上述磷酸鈦納米花涂層材料去除水中微量重金屬離子的方法主要是將受重金屬污染水溫度控制在5～55℃，濃度為0.1?50mg/L，pH為3～7內，以10～50BV/h流速順流通過裝填有復合材料的固定床柱吸附裝置，將受重金屬污染水高效凈化，達到生活飲用水衛生標準。本發明能夠解決納米粒子堵塞所產生的傳質和利用率問題、實現含重金屬水體的深度凈化和安全控制。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，特別涉及了一種凈化水中重金屬的方法

背景技術

水中重金屬污染是世界性課題，而微量重金屬的高深度凈化是水質安全的重要保障。目前，在重金屬高深度凈化領域，基于吸附技術高效納米復合材料研發是近年來研究重點和熱點之一。

近年來，納米尺寸金屬氧化物、磷酸鹽由于其對重金屬的強吸附、高比表面，而逐步成為微量重金屬污染物深度凈化的新生力量。最典型的如氧化鐵、氧化鋁、氧化鋯，磷酸鈦等。但該類高活性納米材料受自身超細尺寸影響，在實際應用過程中存在固液分離困難，流體阻力大等眾多問題。為了解決這一問題，研究者將高活性納米粒子通過前驅體擴散-表面沉積技術擔載于多孔載體研制系列納米復合材料。最具典型的是氧化鐵-活性炭、氧化鋯-樹脂、氧化鋁-沸石等。專利號為201310342141.7的中國提出將磷酸鈦負載于大孔陰離子交換樹脂孔道用于水中微量氟的去除，但該類工作仍存在較大問題：(1)納米粒子載入往往堵塞載體孔道，從而導致重金屬吸附過程中動力學傳質慢，工作性能不佳；(2)載入納米粒子擔載量較高，但實際應用過程中利用率極低。而且常規的擔載型納米復合材料一般將納米離子嵌入載體孔道內部，該類材料存在傳質速率低，納米粒子利用率不高，同時納米粒子載入將掩蔽孔道內載體強富集功能基團，使其特有的Donnan膜富集效應缺失，同時，受納米粒子受孔道尺寸影響，僅能形成納米顆粒活納米棒，而近年來一些高效的二維、三維納米組裝高性能結構難以有效實現。此外，受載體與納米粒子潤濕性影響，納米粒子很難擔載于載體外表面并形成納米結構調控。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠解決納米粒子堵塞所產生的傳質和利用率問題、實現含重金屬水體的深度凈化和安全控制的磷酸鈦納米花涂層材料高深度凈化水中重金屬的方法。

本發明主要是以大孔陽離子交換樹脂為單體，通過鈦酸丁脂醇解在樹脂載體表面形成三維層片納米磷酸鈦花狀涂層，用于去除水中微量重金屬離子，從而實現含重金屬水體的深度凈化和安全控制。

一種磷酸鈦納米花涂層材料的制備方法如下：

以鈦酸丁酯為前驅體，將其溶解于有機醇中(嚴格無水醇解)，同時加入強酸陽離子交換樹脂，在溫度40-60℃，反應5-12h，使鈦酸丁酯在醇溶液中緩慢醇解，而后加入質量濃度為70-85％的磷酸溶液，反應5-20h，形成三維層狀磷酸鈦納米花，由于鈦酸丁酯醇解產物是一種偶聯劑，能夠使磷酸鈦納米花穩固附著于樹脂載體外表面，其納米磷酸鈦擔載量質量分數為5.8-26.3％；

上述鈦酸丁酯：有機醇：磷酸溶液的體積比為1:4～45:5～83，每100mL混合溶液加入3～18g強酸陽離子交換樹脂；

所述的強酸陽離子交換樹脂為D001、001x7或D113；所述有機醇為乙醇、乙二醇、甲醇或丁醇；

使用上述磷酸鈦納米花涂層材料去除水中微量重金屬離子的方法：

將受重金屬污染水溫度控制在5～55℃，濃度控制在0.1-50mg/L，pH控制在3～7范圍內，以10～50BV(床層體積)/h流速順流通過裝填有復合材料的固定床柱吸附裝置，將受重金屬污染水高效凈化，出水較之生活飲用水衛生標準(GB5749-2006)中所規定的限值降低了一個數量級。