[發(fā)明專利]一類用于協(xié)同去除水中重金屬與新有機污染物的可再生吸附劑的制備與應(yīng)用方法

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• 申請日: 2022-11-11
• 公開（公告）號: CN115608322A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉文;李璠;孫豐賓;陳龍;張惠璇;李沛珅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/30;C02F101/20
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 程武紅

本發(fā)明公開了一種用于協(xié)同去除水中新興有機污染物與重金屬的可再生吸附劑的制備方法與應(yīng)用，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中的復(fù)合材料為一系列金屬有機骨架材料衍生的多孔道碳材料和納米鈦酸鹽材料的均相復(fù)合物，經(jīng)水熱法合成，并可在此基礎(chǔ)上摻雜其他金屬。復(fù)合材料應(yīng)用于水中重金屬和新有機物的協(xié)同去除，吸附動力學(xué)過程快、吸附量大、協(xié)同吸附加成效果顯著。吸附重金屬飽和后可通過酸堿再生重復(fù)使用；吸附新有機污染物飽和后，可通過光再生后重復(fù)使用。本發(fā)明采用的原材料價格低廉，方法簡便易行，應(yīng)用過程清潔無污染，適用于大規(guī)模的飲用水、生活污水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液處理以及地下水修復(fù)和自然水體污染應(yīng)急處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于協(xié)同去除水中新興有機污染物與重金屬的可再生吸附劑的制備方法與應(yīng)用，更具體地涉及一種可實現(xiàn)多金屬摻雜的衍生碳/納米鈦酸鹽多相復(fù)合材料(CTCs)的制備方法及其用于協(xié)同去除水中新興有機污染物和重金屬的應(yīng)用方法，適用于大規(guī)模的飲用水處理、生活污水處理、工業(yè)廢水處理、垃圾滲濾液處理、地下水修復(fù)和自然水體污染應(yīng)急處理。

背景技術(shù)

水在人類生存的各方面都是必不可少的，但地球上97.5％的水在海洋中，無法利用，只有約1％的水可供人類使用。近年來，隨著新物質(zhì)在農(nóng)業(yè)和工業(yè)部門的生產(chǎn)和應(yīng)用，作為污水和廢水排出的污染物類型也變得越來越多樣化，水污染正成為人類生存的重大挑戰(zhàn)。特別令人擔(dān)憂的是所謂的新興有機污染物 (EOCs)，該術(shù)語不僅用于涵蓋已知的污染物種類，還包括對環(huán)境和人類健康具有負面影響的新開發(fā)的化合物。EOCs來自數(shù)百種污染源，涵蓋各種不同化合物：藥物和個人護理產(chǎn)品(PPCPs)、農(nóng)藥、獸藥(如獸用激素)、工業(yè)制備化合物及其副產(chǎn)品和食品添加劑。上述污染物毒性強，痕量級污染物便會造成巨大的環(huán)境風(fēng)險。此外，重金屬的超額排放，同樣引發(fā)人們的擔(dān)憂。自上世紀70 年代以來，發(fā)達國家新建大量公共污水處理廠，經(jīng)點源處理后，人類排放出水的水質(zhì)得到一定改善，但由于新興有機污染物、重金屬難以被自然凈化，水體中的污染物濃度持續(xù)上升，水污染日益加劇。

為了去除受污染水中的EOCs，人們已開發(fā)出多種技術(shù)，包括吸附和氧化還原技術(shù)。其中吸附技術(shù)中，使用活性炭、碳納米管、碳纖維、金屬有機骨架和離子交換樹脂可以有效吸附EOCs。然而，這些吸附方法存在嚴重的缺點，包括：1)該技術(shù)無法降解EOCs，實現(xiàn)脫毒；2)吸附劑的再生成本高昂，并且通常需要昂貴且有毒的有機溶劑，產(chǎn)生大量的再生廢物殘留物，需要額外昂貴的處理和處置成本。高級氧化技術(shù)作為最成熟的水處理技術(shù)之一，利用在高溫、高壓、光輻照、電、催化等條件下生成的自由基攻擊有機污染物，可實現(xiàn) EOCs的高效去除。然而，水體中的EOCs是以痕量級別(μg/L或者ng/L)存在的，故而不宜直接使用高能耗、高藥劑投加量的高級氧化技術(shù)，且痕量級 EOCs存在礦化不徹底的問題，而部分EOCs的降解產(chǎn)物可能比原始污染物具備更高的毒性，導(dǎo)致受污染水體環(huán)境風(fēng)險不降反升。

此外，重金屬具有高生理毒性、易遷移性和高生物富集性，容易被微生物、植物吸收后，沿食物鏈富集傳遞進入人體，進而引起皮膚、神經(jīng)、內(nèi)臟損傷，輕則中毒，重則死亡。目前，常用的方法包括：吸附法、電解法、化學(xué)沉淀法、溶劑萃取法、生物處理法等，其中吸附法具備處理效果優(yōu)秀、操作簡便、無嚴格應(yīng)用限制等優(yōu)勢，但吸附劑使用過后會產(chǎn)生大量固廢，并存在二次污染風(fēng)險。

因此，亟需尋找一種高效、安全、綠色、低能耗地去除污體的EOCs和重金屬等污染物的材料及方法。

發(fā)明內(nèi)容

為應(yīng)對上述問題，實現(xiàn)高效、安全、綠色、低能耗地去除污體的EOCs和重金屬等污染物的目的，本發(fā)明提出一種用于協(xié)同去除水中重金屬與新興有機污染物的可再生吸附劑制備與應(yīng)用方法。具體而言，本發(fā)明技術(shù)是使用衍生碳 /納米鈦酸鹽復(fù)合材料(CTCs)首先將水體中污染物富集于固相材料，之后利用光催化方法與酸-堿淋洗方法分別實現(xiàn)EOCs的降解與重金屬等的轉(zhuǎn)移，同時實現(xiàn)材料再生。本技術(shù)體系可應(yīng)用于飲用水處理、生活污水處理、醫(yī)院污水處理、養(yǎng)殖污水處理、工業(yè)廢水處理、垃圾滲濾液處理、地下水修復(fù)和自然水體污染應(yīng)急處理。