[发明专利]负载纳米氧化铁的网状多孔重金属吸附材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于重金属污水处理领域，特别涉及一种负载纳米氧化铁的网状多孔重金属吸附材料及制备方法。

背景技术

重金属是对环境污染最严重、对人们身体健康危害最大的污染之一。与其它污染物比较，重金属污染具有以下特点：(1)微量即可产生显著毒性效应；(2)不能被微生物降解；(3)被生物体摄取后能在较高级的生物体内成千百倍地富集起来，并与生物高分子(如蛋白质、酶等)发生强烈相互作用而使它们失去活性；(4)可积累在某些器官中造成累积性中毒。由于重金属对环境介质污染具有隐蔽性、长期性和累积性的特点，治理难度非常大，是当前国际环保领域的难题，也是今后相当长时间里全世界环保界需要大力解决的难题。尽管针对重金属污染已研发了诸如化学沉淀法、铁氧体法、氧化还原法、离子交换法、蒸发浓缩法、强化超滤法、吸附法、反渗透、电渗析法、浮选法、生物法、电絮凝、电浮选、电沉积等方法，但缺乏普遍有效的治理方法。与其它方法比较，吸附法具有以下优点：(1)由于其是利用多孔性固体材料的高比表面能、表面活性功能基团与重金属离子的亲和作用使重金属离子附着在吸附材料上而与液相主体分离，因此，适用范围广，具有普适性；(2)选择的吸附材料适当，能使处理水中的重金属离子完全脱除，因此特别适于低浓度废水和废水的深度处理；(3)处理工艺简单，操作成本低，使用方便；(4)吸附材料来源广泛，包括天然吸附剂、合成吸附剂和生物吸附剂等几种类型，尤其是天然吸附剂的种类非常丰富；(5)处理成本较低，易为广大污染企业所接受。

吸附法应用于重金属废水处理的关键在于吸附材料的性能。天然吸附材料，如膨润土、沸石、高岭土、海泡石、坡缕石、硅藻土、木纤维、玉米杆、稻壳、木屑、树皮、壳聚糖和腐植酸类吸附剂等，由于本身结构上的缺陷，对重金属离子的吸附容量较小，选择性低，再 生困难，易产生大量含重金属的废弃物而造成二次污染。合成吸附材料主要是由烯类单体聚合制得，通过改变单体组成和聚合方式制得不同结构的吸附材料，另外，也可通过化学反应进一步功能化赋予吸附材料特殊的性能，如以木薯淀粉为原料，通过乳液聚合法制备淀粉与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)接枝共聚物(林梅莹，尚小琴，李淑妍，等.氨基改性淀粉重金属废水处理剂的制备及应用.化工进展，2011，30(4)：854-856.)，在氨甲基聚苯乙烯的N原子上接上2个羧甲基制成螯合树脂((Liu F Q,Li L J,Ling P P,Jing X S,Li C H,Li A M,You X Z.Interaction mechanism of aqueous heavy metals onto a newly-synthesized IDA-chelating resin:isotherms,thermodynamics and kinetics.Chem Eng J,2011,173(1):106-114))，在瓜尔胶上接枝聚丙烯酸乙酯(Singh V,Sharma A K,Maurya S.Efficient Cadmium(II)Removal from Aqueous Solution Using Microwave Synthesized Guar Gum-Graft-Poly(ethylacrylate).Ind Eng Chem Res,2009,48(10):4688-4696.)等。这些合成吸附材料往往存在制造成本较高，吸附容量有限，对实际废水适应能力较差，难以达到期望的效果等问题。生物吸附剂则普遍存在微生物对重金属具有选择性，很难找到一种对多种重金属离子普适的微生物，且菌种选育比较耗时等问题，鲜有在实际重金属废水处理中成功的实例。如何根据吸附原理及其特点，以及重金属离子和重金属废水的特点来研发新型高效吸附材料是提高重金属离子吸附处理效果的关键。

发明内容

针对用于重金属离子吸附材料存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种高分子网状多孔材料，其特点是：(1)具有较大且较规整的网孔，利于处理废水从孔道中穿过，因此，对处理废水有较高的通透性，提高了废水处理的效率；(2)在网孔的节点处和孔壁上既分布丰富的正电荷，又具有丰富的－OH，提高了重金属离子的吸附作用；(3)采用原位合成方式将Fe(III)的氧化物修饰到多孔材料上，使多孔材料上的活性基团－OH直接参与到Fe(III)的氧化物的结构中，提高了负载的Fe(III)的氧化物的稳定性和分散性；(4)负载Fe(III)的氧化物后，既保持较高的通透性，又提高了比表面积，提高了吸附能力。

本发明的负载纳米氧化铁的网状多孔重金属吸附材料，为黄色至浅棕色脆性疏松网状多孔材料，其结构式如式(Ⅰ)所示：