[发明专利]一种利用树脂/席夫碱复合材料去除水中重金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用树脂/席夫碱复合材料去除水中重金属的方法。

背景技术

水体重金属污染是全球性的环境污染问题，其对人体健康、生态环境和经济发展具有严重的负面影响。而重金属废水又是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水，震惊世界的日本“水俣病”和“痛疼病”就是分别由含汞废水和含镉废水污染环境所造成的。

重金属在环境与健康领域主要是指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)等生物毒性显著的元素,也泛指铜(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、镍(Ni)等一般重金属,它们以多种物理和化学形态存在于水体、土壤及大气等环境之中,并在环境中产生迁移和积累。水体重金属人为污染源主要是矿山开采,金属冶炼,金属加工及化工生产废水,施用农药化肥和生活垃圾等。过量重金属在食物链中的生物富集,对自然环境、生态系统及人体健康造成危害,关系到食品安全、生物安全和生态安全。对水体中过量重金属的有效治理,是降低生物链中其他动植物体内重金属含量的关键,故重金属污染治理逐渐成为研究的热点问题,人们采取了多种方法对重金属废水进行处理并对受污染的水体进行修复。

席夫碱类化合物具有一定的药理学和生理学活性，近年来一直是引人瞩目的研究对象。席夫碱主要是指含有亚胺或甲亚胺特性基团（－RC=N－）的一类有机化合物，通常希夫碱是由胺和活性羰基缩合而成。席夫碱类化合物及其配合物具有抗结核，抗癌，抗菌等药理作用；且其生物活性和金属的配合有关，广泛应用于治疗、合成、生化反应，催化、生物调节剂、热敏或者压敏材料中的燃料、聚合物改性、分析试剂、螯合剂等方面。

席夫碱集团通过碳-氮双键（—C=N—）上的氮原子及与之相邻的具有孤对电子的氧、硫、磷原子作为给体（供体）与金属原子（或离子）配位。应用这一原理席夫碱化合物能够很好的吸附水中的重金属离子，但是一般席夫碱以超细粉体形式存在，直接应用于柱吸附或其他流态体系中往往产生较高的压降，流体阻力大，固液分离困难等技术瓶颈，难以实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够减少席夫碱吸附过程中流体阻力，实现固液分离的利用树脂/席夫碱复合材料去除水中重金属的方法。本发明主要是利用廉价、易得的有机物反应得到席夫碱产物并负载于树脂得到新的复合材料，利用该复合材料对水中存在高浓度钙离子、镁离子、钠离子等常规阳离子时，吸附微量重金属离子，实现对水的深度净化和安全控制。

本发明的方法包括以下步骤：

1、制备树脂/席夫碱化复合材料：

（1）席夫碱化合物的合成

将含胺的有机物和重蒸无水乙醇放入容器中溶解，含胺的有机物的质量百分比（以氮计）为12%-25%，在搅拌回流下逐滴加入活性羰基有机物，含胺的有机物与活性羰基有机物的摩尔比为：1.05-1.1:1，在50-80℃下继续搅拌回流15-24小时，然后将得到的液体减压蒸馏，即得到席夫碱化合物。所述含胺有机物为二乙撑三胺或三乙烯四胺，所述活性羟基有机物为水杨醛或2-羟基-1-萘醛。

（2）复合材料的制备

以上述席夫碱化合物为前驱体，将其溶解于无水乙醇溶液中，每升乙醇加入15-30g席夫碱化合物，再按照席夫碱化合物：大孔交换树脂的质量比为：1:3-5，加入大孔交换树脂，反应温度为20-60℃，反应时间为15-20h，使有机物逐步扩散至阳离子交换树脂孔道内表面，然后在50-70℃水浴下缓慢蒸干，以保证较多的功能分子吸附于树脂孔道及表面。将该树脂滤出并用去离子水清洗至中性，再用浓度为60-80%的乙醇浸润，40-60℃烘干，获得树脂/席夫碱复合材料，其含氮量为9.8-21.4%。

2、去除水中重金属离子的方法：

将受重金属污染的水温度控制在15-55℃，pH控制在3-7范围内，以10-40BV（床层体积）/h流速顺流通过装填有树脂/席夫碱化复合材料的固定床柱吸附装置，可将受重金属污染水高效净化，出水可达到生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)。所述的受污染水体的重金属浓度可以为1.0-10mg/L，当水体中存在大量的钙离子，镁离子，钠离子等竞争离子（浓度可以是重金属离子浓度的0-100（摩尔比）倍）时，使用本方法仍能保持较大的吸附容量及较高选择性。

3、复合材料的再生：吸附后的复合材料可采用1-5%的HCl溶液脱附，最好再生流速为1-3BV/h，温度15-35℃，经10-20BV脱附后，用去离子水冲洗至中性即可循环使用，再生过程可在吸附柱中进行。