[发明专利]载铁系双金属纳米复合阳离子交换树脂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于催化降解环境微污染物的纳米复合树脂，更具体的说是 载铁系双金属纳米复合阳离子交换树脂及其制备方法和应用。

背景技术

本世纪初以来，关于纳米零价铁的研究引起了众多学者的兴趣。作为一种高 效还原剂，纳米零价铁具有比表面积高、催化活性好、成本低廉、环境友好等诸 多特性，被广泛应用于环境污染物，如重金属离子、大分子染料和卤代有机物等 的催化降解中(Li，X.Q.，Elliott，D.W.，Zhang，W.X.Zero-Valent iron nanoparticles for abatement of environmental pollutants：Materials and engineering aspects.Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 2006，31：111-122)。为了克服纳米零价铁的自聚集效应、化学性质 不稳定(易被氧化)以及工程应用时压头损失大、迁移性差等缺点，国内的赵宗 山等人将纳米零价铁颗粒固载到阳离子交换树脂上来解决这一问题(赵宗山，刘 景富，邰超等.离子交换树脂负载零价纳米铁快速降解水溶性偶氮染料.中国科 学B：化学，2008，38(1)：60～66)。但是固载于树脂内表面的纳米零价铁颗粒对 一些难降解污染物的催化降解速率不够理想。而在零价铁纳米颗粒中引入第二种 金属形成铁系双金属结构早已被研究者发现可以显著提高其对三氯乙烯等难降 解污染物的降解速率(Zheng，T.H.，Zhan，J.J.，He，J.B.，et al.Reactivity characteristics of nanoscale zerovalent iron-silica composites for trichloroethylene remediation.Environmental Science & Technology. 2008，42：4494-4499)。

2007年南京大学申请了《树脂基纳米水合氧化铁深度净化重金属微污染水 体的方法》专利(专利号：200710191355.3)，该专利是将水合氧化铁(铁系双 金属)颗粒固载于阳离子交换树脂内表面，主要利用树脂的酸性基团和水合氧化 铁颗粒对重金属的协同吸附作用，实现对水体中重金属的深度净化。

文献检索的结果表明：一种载铁系双金属纳米复合阳离子交换树脂及其制备 方法尚未见文献报道。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明提供了载铁系双金属纳米复合阳离子交换树脂及其制备方法和应用， 该纳米复合树脂可解决载零价铁纳米复合树脂催化降解速率慢和铁系双金属纳 米颗粒直接应用时压头损失大的问题，提高纳米复合树脂的催化降解效率，为环 境微污染物(如重金属离子、大分子染料和卤代有机物等)的深度净化和安全控 制提供更好的技术支持。

2.技术方案

载铁系双金属纳米复合阳离子交换树脂，载体为具有酸性功能基团的离子 交换与吸附树脂，树脂骨架为苯乙烯系或丙烯酸系，树脂骨架上含有磺酸基、羧 酸基或膦酸基，固载无机材料为纳米铁系双金属颗粒。

上述的载体为大孔阳离子交换树脂，树脂骨架为苯乙烯系或丙烯酸系，树脂 骨架上可含有磺酸基(-SO₃H)、羧酸基(-COOH)或膦酸基(-PO₃H₂)等，树 脂的平均孔径在1-100nm之间。这些树脂可以为D001、D113、Amberlite IRA-120、Purolite A-100、NDA100树脂。这类载铁系双金属纳米复合阳离子交 换树脂中，Fe的含量为10-250mg/g，第二种金属(Al、Cu、Co、Ni、Pd、Re 或Zn等)的含量为10-50mg/g，铁系双金属纳米颗粒的尺寸为5-100nm。第二 种金属作为电子转移和还原加氢的催化剂将大幅提高这类纳米复合树脂的催化 降解速率，并降低或消除还原产物的毒性。

载铁系双金属纳米复合阳离子交换树脂的制备方法，包括以下步骤： (A)选取具有酸性功能基团的离子交换与吸附树脂作为纳米复合树脂的载体， 将Fe²⁺或Fe³⁺离子通过离子交换作用导入树脂的内外表面；