本发明专利技术公开了一种氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁复合材料及还原水中溴酸盐的应用，属于饮用水深度处理领域。这种复合材料的结构是：（1）复合材料载体为具有吡啶基团的螯合树脂，（2）载体的内外表面负载纳米零价铁，其制备是将Fe3+或Fe2+通过螯合作用导入树脂内外表面，采用硼氢化钠还原为零价铁，真空干燥得到零价铁复合材料。还原水中溴酸盐的步骤为：将含有溴酸根的溶液通过装有氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁复合材料的固定床吸附柱。经本发明专利技术处理后，吸附柱出口BrO3-浓度可降至10ug/l以下。本发明专利技术克服了普通铁单质还原效率低且还原污染物的过程中释放铁离子超标的问题，并很好的实现了对于溴酸根的还原作用，是一种高效、快速的降解污染物材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高性能环境功能复合材料及用途，特别是一种负载纳米零价铁复合材料及其用于还原溴酸盐溶液的方法。
技术介绍
溴酸根(BrCV)是一种消毒副产物，通常产生于臭氧氧化含有溴离子饮用水的过程当中。国际癌症研究机构(IRAC)把溴酸根定为2B级(较高致癌可能性)潜在致癌物，为此各个国家与组织对溴酸盐制定了相应的标准。1993年世界卫生组织(WHO)在《饮用水水质准则》中，将溴酸盐的限定值设为25ug/L，2004年修订为10 ug/L。美国国家环境保护局 (USEPA)规定饮用水中溴酸盐最高浓度为10 ug/L。我国2006年新修订的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)将溴酸盐的最高浓度也规定为10 ug/L。零价铁具有较好的还原能力，已有大量的研究表明零价铁可以还原NO3' Cr6+， 且具有较好的效果。从1990年，粒径从微米到毫米范围的零价铁(ZVI)就被应用于渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier, PRB)技术修复受污染的地下水，因此有研究者将零价铁应用到溴酸盐的还原去除方面[Li Xie，Chii Shang. The effects of operational parameters and common anions on the reactivity of zero-valent iron in brornate reduction. Chemosphere. 2007, 66:1652 - 1659; Wang Q, Snyder S, kim J, et al. Aqueous Ethanol modified Nanoscale Zerovalent Iron in Bromate Reduction: Synthesis, Characterization, and Reactivity. Environmental Science&Technology, 2009, 43(9) : 3292-3299.]。但是零价铁在饮用水预处理应用时也存在很多弊端，比如投加量较大，尤其是还原生成的铁离子含量往往超过《生活饮用水卫生标准》中规定的0. 3mg/L的标准,超标问题难以克服。近些年，纳米零价铁(nanoscale zero-valent iron, NZVI)由于其较小的粒径和较高的还原效率得到了越来越多的关注， 但是，纳米零价铁的胶体性质决定其容易自聚而大大降低零价铁的还原能力[Wei-xian Zhang. Nanoscale iron particles for environmental remediation: An overview. Journal of Nanoparticle Research 5: 323 - 332, 2003]。为了克服这些缺点，研究者将将零价铁负载到一些载体上，比如沸石、分子筛、活性炭等，负载方法一般为利用载体上阳离子交换位点交换Fe3+或Fe2+，再通过硼氢化物将负载的铁离子还原为零价铁单质。但是这些载铁都存在载铁量较小的缺陷。离子交换树脂由于具有较多官能团，得到较多研究用于负载铁离子并制备纳米零价铁，其中最常用的是阳离子交换树脂。阳离子交换树脂可以直接但是阳离子交换树脂含有大量固定在骨架上的的阴离子官能团，由于Donnan膜排斥作用[LUIS CUMBAL, ARUP K . SENGUPTA. Arsenic Removal Using Polymer-Supported Hydrated Iron (III) Oxide Nanoparticles: Role of Donnan Membrane Effect. Environ. Sci. Technol. 2005, 39，6508-6515]，对于阴离子污染物(如硝酸根NO3'溴酸根fcOf) 具有强烈静电排斥作用，严重阻碍了其向载体内扩散，因此阳离子交换树脂负载的纳米零价铁对阴离子污染物基本没有还原/降解能力。阴离子交换树脂也可作为载体制备纳米零价铁，2009年公开的专利(200910028413. X)《一种催化降解污染物的载零价铁纳米复合树脂及制备方法》就是利用具有碱性基团的阴离子交换树脂负载纳米零价铁并用于污染物的催化降解。但是阴离子交换树脂上的碱性基团由不能电离的阳离子官能团和可交换电离的阴离子组成，因此，阴离子交换树脂只能同其它阴离子进行交换，而不能直接交换Fe3+或 Fe2+，只能利用Fe3+同高浓度盐酸溶液(盐酸浓度一般大于5%)结合形成FeCl4_与阴离子交换树脂通过离子交换作用负载。该材料虽然对水中阴离子污染物有降解效果，但是在制备过程中会产生高浓度废盐酸，难以处理；同时，零价铁还原污染物过程中产生的铁离子无法被该复合材料所吸附而大量流失到水体中，该材料用于去除溴酸根所产生的铁离子对饮用水造成的二次污染无法避免。表面近电中性的氮配位基螯合树脂，其含有未共用电子对的氮原子具有强的供电子能力，在中性或酸性条件都可以与Fe3+、Fe2+直接发生配合作用，对铁离子的吸附量高，没有多余废酸产生；而且，由于聚合物骨架上不含有固定的阳离子或阴离子功能基团 (uncharged functional groups),表面近电中性,对离子态(阳离子或阴离子)污染物不存在Donnan膜排斥作用，因而作为载体制备的纳米零价铁对水体中Br03_具有好的还原/降解功能，同时还原Br03_产生的铁离子又被氮配位基螯合树脂吸附，很好的避免了铁离子二次污染的问题，既结合了阴离子交换树脂与阳离子交换树脂的优点，又克服了两者的缺点。 除此之外，对于水中共存的阳离子(如Pb2+)以及中性污染物(如硝基苯)具有同时去除功倉泛。
技术实现思路
I、专利技术要解决的技术问题针对现有的水处理方法不能较好的去处饮用水预处理过程中产生的溴酸根，存在去除率不高、处理成本高、产生二次污染物等缺点。本专利技术提供了一种含氮螯合树脂负载纳米零价铁复合材料及其还原水中溴酸盐的方法，该材料具有性能稳定、还原效率高且避免铁离子溶出等优点。用该材料处理含有溴酸根的溶液时，可以较好的将溴酸根还原，使出水中溴酸根低于10 Ug/L，达到饮用水指标。2、技术方案一种含氮螯合树脂负载纳米零价铁复合材料，结构包括(I)含有吡啶基团的含氮树脂。(2)载体的内外表面负载纳米尺寸的零价铁。这种氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁的复合材料，其制备步骤为(A)以氮配位基螯合树脂为复合材料的载体，将Fe3+或Fe2+通过螯合作用负载到树脂内外表面；(B)用NaBH4溶液将负载在树脂内外表面的Fe3+或Fe2+还原为零价铁；(C)将步骤(B)中得到的材料用去离子水和乙醇洗涤，并进行真空干燥，即得到一种新型载零价铁复合材料。所述步骤(A)中复合材料的载体为具有吡啶基团的螯合树脂，是指乙烯吡啶-二乙烯苯直接共聚的聚乙烯吡啶树脂，如Reillex 402，Reillex 425 ,Reillex HP等；以及骨架为聚苯乙烯含吡啶基团的螯合树脂，如Dowex M4195、Dowex XFS43084，上述两类树脂骨架上皆不含有其它固定的阳离子或阴离子功能基团。所述步骤(A)中具有吡啶基团的螯合树脂负载F本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁复合材料，其特征在于其结构为：（1）复合材料载体为具有吡啶基团的含氮螯合树脂，（2）载体的内外表面负载纳米零价铁；材料的合成步骤为：（A）以氮配位基螯合树脂为复合材料的载体，将Fe3+通或Fe2+过螯合作用负载到树脂内外表面；（B）用NaBH4溶液将负载在树脂内外表面的Fe3+或Fe2+还原为零价铁；（C）将步骤（B）中得到的材料用去离子水和乙醇洗涤，并进行真空干燥，即得到氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁的复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁复合材料，其特征在于其结构为(1)复合材料载体为具有吡啶基团的含氮螯合树脂，(2)载体的内外表面负载纳米零价铁；材料的合成步骤为 (A)以氮配位基螯合树脂为复合材料的载体，将Fe3+通或Fe2+过螯合作用负载到树脂内外表面； (B)用NaBH4溶液将负载在树脂内外表面的Fe3+或Fe2+还原为零价铁； (C)将步骤(B)中得到的材料用去离子水和乙醇洗涤，并进行真空干燥，即得到氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁的复合材料。2.根据权利要求I所述的氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁复合材料，其特征在于载体为乙烯吡啶-二乙烯苯直接共聚的聚乙烯吡啶树脂，其骨架为聚苯乙烯含吡啶基团的螯合树脂。3.根据权利要求I或2所述的氮配位基螯合树脂负载纳米零价铁复合材料，其特征在于步骤(A)中具有吡啶基团的氮配位基螯合树脂负载铁离子的方法为将O. 05、. 5% (W/W)Fe3+或Fe2+溶液通过装有含吡啶...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙超，伊胜楠，史嘉璐，李爱民，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。