一种净化水体重金属的固定化杂多酸离子液体复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种净化水体重金属的固定化杂多酸离子液体复合材料及其制备方法与应用，属于杂多酸离子液体复合材料技术领域。本发明专利技术的固定化杂多酸离子液体复合材料是以强碱性阴离子交换树脂作为有机载体骨架和有机阳离子供体，利用其自身季铵基基团与单缺位硅钨酸阴离子(SiW

【技术实现步骤摘要】
一种净化水体重金属的固定化杂多酸离子液体复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及杂多酸离子液体复合材料
，尤其涉及一种净化水体重金属的固定化杂多酸离子液体复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着冶金、化工、电镀等行业的快速发展，重金属废水的排放已成为威胁人类健康和生态平衡的重要因素之一。因此，重金属的深度去除是水环境质量和水生态安全的必然要求。目前，水体中常用的水处理技术有化学沉淀、吸附、膜过滤和生物处理等。然而，由于受污染水体组分复杂，以及高浓度共存离子间的竞争作用，难以对废水中重金属离子进行有效去除，从而无法达到日趋严格的水质标准要求。如化学沉淀法只能对高浓度重金属离子进行有效去除，膜分离法可对重金属进行深度处理，但运行成本较高。其中，由于吸附技术具有操作简单、选择性好、效率高和吸附剂可重复使用等优点，同时，吸附已被证明是处理重金属最具吸引力的方法之一，而研发经济高效的吸附剂则被认为是吸附法处理重金属废水的重点。
[0003]杂多酸具有优异的氧化还原性、稳定性和酸性，使其在能源、催化、医疗和环境等各种领域均有潜在的应用。缺位杂多酸由于存在结构空位，具有大量的重金属结合位点，可作为一种具有前景的重金属吸附剂。其中，杂多酸易溶于极性溶剂，如水、乙醇等，若将其应用于极性溶液环境中，需对其进行表面改性，使其变为疏水材料。常规的手段是将杂多酸阴离子与大分子量的有机阳离子(如季铵盐、烷基咪唑等)结合形成杂多酸离子液体，再将其负载到载体材料上，形成固定化杂多酸离子液体复合材料，从而拓展其在水环境领域的应用。但由于上述复合材料合成步骤繁琐，限制其进一步应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种能深度净化水体重金属的固定化杂多酸离子液体复合材料及其制备方法与应用。该复合材料是以强碱性阴离子交换树脂为有机载体，借助其内部的季铵基基团静电作用，对单缺位硅钨酸钾盐杂多酸进行疏水性改性，制备的固定化杂多酸离子液体复合材料可用于深度净化水体重金属离子。
[0005]本专利技术提供了一种净化水体重金属的固定化杂多酸离子液体复合材料，固定化杂多酸离子液体复合材料由单缺位硅钨酸钾盐和阴离子交换树脂通过一步浸渍法制成。
[0006]优选的，单缺位硅钨酸钾盐为K8[α
‑
SiW
11
O
39
]·
13H2O，阴离子交换树脂为强碱性阴离子交换树脂。
[0007]本专利技术还提供了该固定化杂多酸离子液体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)单缺位硅钨酸钾盐的合成：
[0009]向水中加入钨酸钠并加热至沸腾，20～30min内向其中滴完足量盐酸，搅拌以溶解钨酸沉淀；再加入偏硅酸钠，继续滴加盐酸维持体系pH在5～6，沸腾1～1.5h，冷却后，加入
氯化钾，即得到单缺位硅钨酸钾盐。
[0010](2)固定化杂多酸离子液体复合材料的制备：
[0011]配制单缺位硅钨酸钾盐的水溶液，向水溶液中加入强碱性阴离子交换树脂，搅拌，即得到固定化杂多酸离子液体复合材料。
[0012]优选的，步骤(1)中，盐酸和钨酸钠的摩尔比为1.2～1.5：1，偏硅酸钠和钨酸钠的摩尔比为1：11，氯化钾和钨酸钠的摩尔比为3.5～4.5，盐酸溶液为4M。
[0013]优选的，步骤(2)中，水溶液的浓度为20～40g/L，强碱性阴离子交换树脂和单缺位硅钨酸钾盐的质量比为1:3～1:4，搅拌时间为8～24h。
[0014]优选的，强碱性阴离子交换树脂选自D201、201
×
7、IRA
‑
900、D204中的至少一种。
[0015]本专利技术还提供了该固定化杂多酸离子液体复合材料在去除水体中重金属的应用，重金属包括铅、铜、镍。
[0016]优选的，重金属浓度为1～20mg/L，固定化杂多酸离子液体复合材料对所述重金属的去除率达90％以上。
[0017]优选的，水体pH为4～7，水体温度为25～60℃，当水体中存在浓度为重金属浓度的0～1200倍的竞争离子时，固定化杂多酸离子液体复合材料对重金属的去除率达90％以上。
[0018]优选的，竞争离子包括Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Mg
2+
。
[0019]本专利技术与现有技术相比具有如下优点：
[0020]1.本专利技术为负载型杂多酸复合材料的合成提供了一种新思路。不同于常规的合成和负载两步法，本专利技术利用强碱性阴离子交换树脂自身的季铵基基团，通过一步浸渍法将杂多酸负载于树脂载体上，制备了固定化杂多酸离子液体复合材料，方法简单，简化了反应步骤，降低了生产成本；
[0021]2.本专利技术以强碱性阴离子交换树脂作为有机载体骨架和有机阳离子供体，利用其自身季铵基基团通过静电作用与单缺位硅钨酸阴离子(SiW
11
O
398
‑
)稳定结合，形成稳定的固定化杂多酸离子液体复合材料；
[0022]3.本专利技术中阴离子交换树脂优异的多孔性有助于杂多酸的负载，也增强了重金属离子的扩散传质性能，同时，拥有规则球体形貌的阴离子交换树脂本身可以很容易的从水体中分离出来，便于应用于实际水处理；
[0023]4.当废水中存在高浓度Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Mg
2+
等竞争离子时(竞争离子浓度是重金属浓度的0～1200倍)，本专利技术提供的固定化杂多酸离子液体复合材料对重金属离子的去除率仍可达90％以上，表现出优异的重金属选择吸附性能。
附图说明
[0024]此处的附图被并入说明书中并构成说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理，其中：
[0025]图1为本专利技术中提供的固定化杂多酸离子液体复合材料的扫描电镜图；
[0026]图2为本专利技术中提供的固定化杂多酸离子液体复合材料的EDS能谱图；
[0027]图3为本专利技术中提供的固定化杂多酸离子液体复合材料的红外光谱图，其中，PS指强碱性阴离子交换树脂。
具体实施方式
[0028]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
[0029]离子交换树脂具有机械强度好，物理化学性质稳定，可规模化生产等优点，作为一类优异的功能载体在环境领域表现出卓越的应用性能。特别是，强碱性阴离子交换树脂中含有大量的季铵基有机基团，其可同时作为有机阳离子供体和载体材料，与杂多酸结合形成固定化杂多酸离子液体复合材料，从而表现出对重金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种净化水体重金属的固定化杂多酸离子液体复合材料，其特征在于，所述固定化杂多酸离子液体复合材料由单缺位硅钨酸钾盐和阴离子交换树脂通过一步浸渍法制成。2.根据权利要求1所述的固定化杂多酸离子液体复合材料，其特征在于，所述单缺位硅钨酸钾盐为K8[α
‑
SiW
11
O
39
]
·
13H2O，所述阴离子交换树脂为强碱性阴离子交换树脂。3.根据权利要求1～2任一项所述的固定化杂多酸离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)单缺位硅钨酸钾盐的合成：向水中加入钨酸钠并加热至沸腾，20～30min内向其中滴完足量盐酸，搅拌以溶解钨酸沉淀；再加入偏硅酸钠，继续滴加所述盐酸维持体系pH在5～6，沸腾1～1.5h，冷却后，加入氯化钾，即得到所述单缺位硅钨酸钾盐。(2)固定化杂多酸离子液体复合材料的制备：配制所述单缺位硅钨酸钾盐的水溶液，向所述水溶液中加入所述强碱性阴离子交换树脂，搅拌，即得到所述固定化杂多酸离子液体复合材料。4.根据权利要求3所述的固定化杂多酸离子液体复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述盐酸和所述钨酸钠的摩尔比为1.2～1.5：1，所述偏硅酸钠和所述钨酸钠的摩尔比为1：11，所述氯化钾和所述钨酸钠的摩尔比为3.5～4.5，所述盐酸为4M。5.根据权利要求3所述的固定化杂多酸离子液体复合材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆瑞，耿溪林，宋雅然，王硕，梁若轩，张曼玉，赵立平，杜雪冬，杨雨佳，孙奇娜，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：