弱碱性阴离子交换树脂吸附重金属方法技术

本发明专利技术公开了属于水处理技术中的一种弱碱性阴离子交换树脂吸附重金属方法。该方法是采用的不是传统的离子交换理论，而是以树脂胺基官能团上的氨原子和重金属离子形成络合物的配位化学理论为基础，将水通过弱碱性阴离子交换树脂在常温、常压下即可达到目的。该工艺有运行周期长，再生工艺简单、再生废液量小；去除重金属效果好等特点。解决了微量重金属污染天然水体的净化处理，同时保留水中对人体有益的成分，从而可以生产优质的饮用水。可应用于饮用水厂建造规模的处理装置；可针对一个单位、一个小区或家庭用户建造适当规模的净水间，用于生产瓶装水商品。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于水处理技术中重金属分离范围，特别涉及根据配位化学理论去除天然水体中痕量的重金属污染的一种。
技术介绍
饮用水中的重金属微污染在水中浓度低，一般为痕量水平，而水中背景物质如碱金属离子、碱土金属离子、各种强酸与弱酸阴离子等，其浓度要比重金属高几个数量级。对重金属微污染物有极高选择性的水处理技术是本专利技术的立足点，即在去除水中痕量重金属的同时，应该保持水中对人体有益的组分不会被同时去除。去除水中的重金属的方法有许多种，例如沉淀法、螯合树脂法、天然沸石吸附、离子交换法、膜技术、活性炭吸附等，这些不能满足在碱金属离子、碱土金属离子、各种强酸与弱酸阴离子等浓度相对较高的条件下选择性去除痕量重金属的需要，目前用国产还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供高效、有选择性地去除天然水体中痕量的重金属污染的一种，其特征在于所述弱碱性阴离子交换树脂去除水中痕量的重金属离子是建立在配位化学的理论基础上，重金属离子不是通过交换反应，而是以重金属盐的形式被树脂吸附，在配位反应的同时，树脂吸附等当量的强酸阴离子，使氮原子的正电荷得到中和，树脂因此表现为对重金属盐的吸附，如下式所示 其中R表示树脂骨架，N表示树脂胺基官能团上的氮原子，上划线表示树脂相，Me表示重金属。其实际置换方法是将国产弱碱性阴离子交换树脂装入过滤柱，过滤柱高径比控制在2∶1以上，将水通过国产弱碱性阴离子交换树脂，在常温、常压下即实现可选择性去除微量重金属。所述选用弱碱性阴离子交换树脂的pH值为5～10范围，本专利技术的有益效果是1.该工艺具有将含有微量重金属污染的天然水体净化处理，有选择性去除微量重金属污染，去除效果好，并同时保留水体中对人体有益的组分，如碱金属、碱土金属离子等，从而生产优质的饮用水。2.实验结果表明，树脂一个运行周期可以达到2-3个月，运行周期长，出水可以达到国外优质饮用水的要求。再生工艺简单，再生废液量小，再生过程仅需浓度为1N的硫酸和氢氧化钠各3-4倍树脂过滤柱体积，再生效率可达到95％以上。具体实施例方式本专利技术为高效、有选择性地去除天然水体中痕量的重金属污染的一种，所述弱碱性阴离子交换树脂去除水中痕量的重金属离子建立在配位化学的理论基础上，重金属离子不是通过交换反应，而是以重金属盐的形式被树脂吸附，如下式所示 其中R表示树脂骨架，N表示树脂胺基官能团上的氮原子，上划线表示树脂相，Me表示重金属。弱碱性阴离子交换树脂是一种配位共聚物，其共价键侧链的胺基官能团上含有氮原子，可提供孤对电子，具有电子给体的特性(Lewis碱)；水中痕量重金属离子的价电子层有(n-1)d，ns，np等共九个能量相近的电子轨道可以进行杂化，具有电子受体的特性(Lewis 酸)。由此弱碱性阴离子交换树脂的官能团作为配位体提供孤对电子与重金属离子共同作用形成络合物。氮原子由于提供了孤对电子而带正电荷，根据电中性原则，在配位反应的同时，树脂吸附等当量的强酸阴离子，使氮原子的正电荷得到中和。但常量碱金属离子如K+，Na+等、碱土金属离子如Ca2+，Mg2+等，其电子外层是惰性气体电子构型，没有空轨道，不易接受电子，因而不能与树脂胺基官能团上的氮原子形成络合物，几乎不被弱碱性阴离子交换树脂所吸附。树脂因此表现为有选择性地对重金属盐的吸附。但其吸附容量随树脂pH值的降低而降低，即N原子优先与H+位。由此，可以通过加入硫酸和氢氧化钠，采用逆流再生方式实现树脂的再生，并使树脂恢复到初始状态。其反应过程为 其实际置换方法是将国产弱碱性阴离子交换树脂装入过滤柱，过滤柱高径比控制在2∶1以上，将水通过pH值为5～10的国产弱碱性阴离子交换树脂，过水速度保持在每小时20倍过滤柱树脂装填体积的速度以下，在常温、常压下即可达到对重金属盐的吸附目的。树脂再生采用逆流再生，过水速度保持在每小时1倍过滤柱树脂装填体积的速度以下。先用0.5mol/L的硫酸再生，3-4小时后用自来水冲洗，需要水量6倍过滤柱树脂装填体积。再用1mol/L的NaOH再生，3-4小时后进行第二次自来水冲洗，需要自来水量10-12倍过滤柱树脂装填体积。酸液至少可以重复利用5次，碱液至少可以重复利用3次。权利要求1.一种，其特征在于所述弱碱性阴离子交换树脂去除水中痕量的重金属离子建立在配位化学的理论基础上，重金属离子不是通过交换反应，而是以重金属盐的形式被树脂吸附，在配位反应的同时，树脂吸附等当量的强酸阴离子，使氮原子的正电荷得到中和，树脂因此表现为对重金属盐的吸附如下式所示 其中R表示树脂骨架，N表示树脂胺基官能团上的氮原子，上划线表示树脂相，Me表示重金属。其实际置换方法是将国产弱碱性阴离子交换树脂装入过滤柱，过滤柱高径比控制在2∶1以上，将水通过国产弱碱性阴离子交换树脂，在常温、常压下即实现可选择性去除微量重金属。2.根据权利要求1所述，其特征在于所述选用弱碱性阴离子交换树脂的pH值为5～10范围。全文摘要本专利技术公开了属于水处理技术中的一种。该方法是采用的不是传统的离子交换理论，而是以树脂胺基官能团上的氨原子和重金属离子形成络合物的配位化学理论为基础，将水通过弱碱性阴离子交换树脂在常温、常压下即可达到目的。该工艺有运行周期长，再生工艺简单、再生废液量小；去除重金属效果好等特点。解决了微量重金属污染天然水体的净化处理，同时保留水中对人体有益的成分，从而可以生产优质的饮用水。可应用于饮用水厂建造规模的处理装置；可针对一个单位、一个小区或家庭用户建造适当规模的净水间，用于生产瓶装水商品。文档编号B01J41/12GK1446755SQ0310947公开日2003年10月8日 申请日期2003年4月10日 优先权日2003年4月10日专利技术者赵璇, 云桂春, 何仕均, 王建龙 申请人:清华大学 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弱碱性阴离子交换树脂吸附重金属方法，其特征在于：所述弱碱性阴离子交换树脂去除水中痕量的重金属离子建立在配位化学的理论基础上，重金属离子不是通过交换反应，而是以重金属盐的形式被树脂吸附，在配位反应的同时，树脂吸附等当量的强酸阴离子，使氮原子的正电荷得到中和，树脂因此表现为对重金属盐的吸附如下式所示：＊＊＊其中Ｒ表示树脂骨架，Ｎ表示树脂胺基官能团上的氮原子，上划线表示树脂相，Ｍｅ表示重金属。其实际置换方法是将国产弱碱性阴离子交换树脂装入过滤柱，过滤柱高径比控制在２ ∶１以上，将水通过国产弱碱性阴离子交换树脂，在常温、常压下即实现可选择性去除微量重金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵璇，云桂春，何仕均，王建龙，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]