本发明专利技术公开了一种高效去除水体中微量磷、砷和锑的纳米复合吸附剂，属于环境功能材料技术领域。其有机骨架为超高交联苯乙烯－二乙烯苯离子交换树脂，有机骨架表面键联的功能基为季铵基或吡啶基，负载有纳米无机功能颗粒，１－２０ｎｍ纳米孔总体积占有机骨架所有孔总体积的比例≥９０％。纳米无机功能颗粒为纳米水合氧化铁或纳米水合氧化锰。本发明专利技术纳米效应更加明显，反应活性强，吸附量大，选择性高，很好地解决了之前已有的纳米复合吸附剂溶胀明显、吸附反应活性弱、吸附量小、吸附选择性较低等缺点，更适用于水与废水微污染的深度处理。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米复合吸附剂，更具体的说是一种对磷、砷和锑具有极高选择性的纳米复合吸附剂。
技术介绍
砷和锑是典型的有毒有害元素，对包括人在内的生物具有极强的毒性，磷则被认 为是导致水体富营养化的关键元素之一，无论国内、国际，水体中对砷和锑的含量均有严格 的限定，对磷的含量也有相应的规定。吸附法被认为是处理水体磷、砷、锑污染最为经济有效的方法之一。近二十年来的 研究已表明，水合氧化铁和氧化锰颗粒具有较高的比表面积和表面羟基密度，对磷、砷、锑具 有高度的吸附选择性，且可通过调节PH值实现其再生和反复使用。该类氧化物颗粒尺寸极细 (一般在微米或纳米维度内)，直接应用于连续式吸附系统时易产生极高的压头损失，并致使 吸附系统无法稳定运行；而应用于静态吸附系统时则难以有效分离。将氧化铁或氧化锰颗粒 固载于多孔性大颗粒载体内制备成复合吸附剂是解决其工程化应用瓶颈的有效途径。专利号ZL2005 1 00951775 ；ZL 2006 1 004136654 公开了以纳米孔结构的聚 合物作为载体，通过内表面沉积技术将纳米氧化铁、氧化锰颗粒固载于聚合物载体的纳米 孔道内，研制成功系列有机-无机纳米复合吸附剂，成功解决了水体中微量重金属、砷、硒 等多种污染物的深度净化难题。这种纳米复合吸附剂既解决了纳米氧化物颗粒直接应用于 流态系统时压头损失大、分离困难的问题；同时又巧妙地利用了聚合物载体表面固定化荷 电基团产生的Dorman膜强化传质效应，大大强化了对目标污染物的吸附选择性，提高了纳 米复合吸附剂的工作吸附量。然而，作为载体的聚合物纳米孔道尺寸较大(一般孔宽为几十到几百纳米)，如此 大的尺寸使得其比表面积并不很理想(一般为200 500m2/g)，其最大交换容量也有限 (一般为100 lOOOmmol/L)，此种载体在使用中溶胀现象明显，反复溶胀使得聚合物极易 破碎，影响其寿命。更为重要的是，一般纳米无机功能颗粒的粒径略小于载体的纳米孔道， 因此已有的纳米复合吸附剂中的纳米无机功能颗粒的粒径也为几十到几百纳米，如此大的 粒径使得无机功能颗粒的纳米效应不明显，吸附反应活性偏弱，吸附量和选择性偏低，对目 标污染物的深度去除能力有待进一步提高。研究表明，无机功能颗粒粒径越小，其纳米效应 越明显，反应活性越强，吸附量越大，对目标污染物的选择性越高。已有的纳米复合吸附剂 面临的这些问题都可以通过选用更优异的低纳米孔聚合物作为载体来解决。超高交联苯乙烯_ 二乙烯苯离子交换树脂是具有更为丰富的纳米孔结构的聚合 物，其纳米孔直径大部分为20nm以下，由于具有更大的交联度(20-70% )，其溶胀度较小， 使用寿命长。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题针对现有的纳米复合吸附剂溶胀明显、吸附反应活性偏弱、吸附量和吸附选择性偏低等问题，本专利技术提供一种高效去除水体中微量磷、砷和锑的纳米复合吸附剂。该吸附剂 可应用于地表水、地下水或工业废水、生活污水及其他水相介质中微量磷、砷、锑的深度净 化。该专利技术能够使目标水相介质即使共存高浓度竞争阴离子Cl—、HCO3-、SO42-时，仍可实现 水中磷、砷、锑的深度净化与安全控制。2.技术方案一种高效去除水体中微量磷、砷和锑的纳米复合吸附剂，其有机骨架为超高交联 苯乙烯_ 二乙烯苯离子交换树脂，有机骨架表面键联的功能基为季铵基或吡啶基，负载有 纳米无机功能颗粒，l-20nm纳米孔总体积占有机骨架所有孔总体积的比例> 90%。纳米无机功能颗粒为纳米水合氧化铁或纳米水合氧化锰。通过液相沉积的方法将 纳米水合氧化铁或纳米水合氧化锰担载于超高交联苯乙烯-二乙烯苯离子交换树脂上获 得负载的纳米无机功能颗粒，负载量分别以铁或锰计重量百分比为2-15 %，纳米无机功能 颗粒尺寸达到0. 5-18nm的百分比高于99%。上述纳米复合吸附剂负载的纳米无机功能颗粒以Fe/Mn计平均每克可吸附磷 300 800mg，石申 220 700mg，铺 180 500mg ；对吸附后的纳米复合吸附剂，通过碱盐混合溶液进行脱附再生，其中碱盐混合溶 液中的碱为 NaOH 或 Κ0Η，盐为 NaCl、KCl、Na2SO4、或 K2SO4。本专利技术所要求的水体为含磷水体的pH为3 9，温度为5 50°C，磷的存在形式为磷酸盐，其含量(以P 计)可以在0. 05 10mg/L，水中共存的其他竞争性阴离子(如C1_、S042_、HC03_)质量浓度 为磷酸盐浓度的1000倍以内；含砷水体的pH为3 9，温度为5 50°C，砷的存在形式为As (V)和As(III)，其 含量(以As计)可以在0. 01 5mg/L，水中共存其他竞争性阴离子(如Cl_、S042_、HCO3O 质量浓度为砷酸盐或亚砷酸盐浓度的10000倍以内；含锑水体的pH为3 9，温度为5 50°C，锑的存在形式为锑酸盐(Sb(V))和亚 锑酸(Sb(III))及其盐类，其含量(以Sb计)可以在0. 05 10mg/L，水中共存其他竞争性 阴离子(如C1_、S042_、HC03_)，质量浓度可为锑酸盐或亚锑酸盐浓度的5000倍以内；所述的纳米复合吸附剂达到吸附饱和时，其负载的无机纳米功能颗粒(以Fe/Mn 计)平均每克可吸附磷300 800mg，砷220 700mg，锑180 500mg。所述的纳米复合吸附剂吸附饱和后，可通过用一定浓度的碱盐混合溶液进行脱附 再生，其中碱盐混合溶液中的碱可为NaOH、KOH等，盐可为NaCl、KCl、Na2S04、K2S04等，优 选NaOH和NaCl ；碱盐的重量百分比浓度为0. 5_10%，再生温度为15_60°C。3.有益效果本专利技术提供了一种高效去除水与废水中微量磷、砷和锑的纳米复合吸附剂。与 现有技术相比，本专利技术的有益效益在于1、有机聚合物载体纳米孔结构更丰富、尺径更小 (l-20nm)，无机功能剂颗粒尺径更小(0. 5 18nm)、活性更强；2、在共存竞争离子Cl—、 HC03_、SO42-的浓度远高于目标污染物时，仍能实现水相中微量磷/砷/锑的深度处理与安 全控制；3、与现有材料比，该类材料处理量大幅提高，并可再生与反复利用，且该材料溶胀度较小。本专利技术纳米效应更加明显，反应活性强，吸附量大，选择性高，很好地解决了之前 已有的纳米复合吸附剂溶胀明显、吸附反应活性弱、吸附量小、吸附选择性较低等缺点，更 适用于水体微污染的深度处理。具体实施例方式以下通过实施例进一步说明本专利技术。实施例1依次让含有0. 3M FeC13、2M HClUM NaCl 的混合溶液 2. 5L和含 12g Na0H、6g NaCl 的混合溶液150ml缓慢通过50ml (约40克)超高交联聚苯乙烯-二乙烯苯树脂(交联度 25%，l-20nm纳米孔总体积(即孔容)占有机骨架所有孔总体积的比例为95 %，表面功能 基主要为季铵基)，离心脱水后热处理得到水合氧化铁的固载量(以Fe计)重量百分比为 10%的纳米复合吸附剂(其中水合氧化铁直径范围0. 5 ISnm的比例高于99%，其平均 直径为4nm)，将其装入带夹套的玻璃吸附柱中(Φ 32 X 360mm)，将模拟Sb (III)微污染水体 (水体pH约为5，锑的浓度为lppm，背景离子Cl-、S0本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高效去除水体中微量磷、砷和锑的纳米复合吸附剂，其有机骨架为超高交联苯乙烯－二乙烯苯离子交换树脂，其特征在于有机骨架表面键联的功能基为季铵基或吡啶基，负载有纳米无机功能颗粒，１－２０ｎｍ纳米孔总体积占有机骨架所有孔总体积的比例≥９０％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：潘丙才，吕路，张孝林，张炜铭，吴军，张全兴，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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