[发明专利]一种新型氧化树脂基纳米复合材料及制备方法、再生方法与应用

说明书

本发明公开了一种新型氧化树脂基纳米复合材料及制备方法、再生方法与应用，属于环境功能材料领域。该复合材料的骨架为大孔苯乙烯‑二乙烯苯共聚球体，骨架上共价结合有活性氯，孔内均匀分布有纳米水合氧化铁或纳米水合氧化锆颗粒。本发明的纳米复合材料的比表面积为10‑80m²/g，活性氯含量为0.2‑1.5mmol/g，Fe/Zr元素质量分数为5‑25％，纳米颗粒的尺寸为5‑100nm。本发明通过“环状酰胺修饰‑原位沉积‑氯化”步骤实现氧化功能与吸附功能的集成，可实现对三价砷的邻域氧化‑吸附，具有氧化容量高、吸附选择性高、对三价砷深度净化性能突出、可稳定再生，有效地提高对地下水中三价砷的深度处理水平。

技术领域

本发明属于环境功能材料领域，更具体地说，涉及一种高效去除水中砷的氧化树脂基纳米复合材料及制备方法、再生方法与应用。

背景技术

水体砷污染在全球范围内广泛存在，是威胁人类用水安全的重大隐患之一。由于砷的毒性较大，世界卫生组织及我国均规定饮用水中的安全浓度为10μg/L以下。天然水中的砷主要有两种，即三价砷与五价砷。水中的砷污染主要由地质因素引起，多分布于地下水等还原性环境中，常以三价砷为优势形态。研究表明，三价砷的毒性远大于五价砷，且迁移性更强，因而针对水中三价砷的深度净化一直是水处理领域的研究热点与难点之一。

目前水体中除砷的方法种类较多，大体可分为离子交换法、絮凝沉淀法、膜交换法、吸附法等，在微量砷污染控制、尤其是五价砷的深度处理中均取得了一定的效果。其中吸附法具有经济环保、操作简便等特点，是最主流的除砷手段之一。Fe(III)、Zr(IV)等金属氧化物纳米颗粒可通过配体交换作用与砷形成内配位络合物，从而实现对砷的特异性吸附，已被证明具有吸附亲和力强、吸附容量高、抗干扰能力强等特点(J Hazard Mater2012，211，317)。近年来，南京大学研发了“前驱体导入-纳米网孔成核”技术将Fe(III)、Zr(IV)等金属氧化物纳米颗粒负载于毫米级大孔交联聚苯乙烯树脂球孔内(ZL200510095177.5；ZL 201010139529.3；ZL 201210524428.7)，在保留纳米颗粒高效除砷活性的同时，克服了纳米颗粒因尺寸过小而导致的易团聚失活、难以操作等不足，并在砷污染水的实际处理中取得了较好的效果(Front Env Sci Eng 2013，7，435；Environ SciPollut Res 2014，21，6729)。然而，吸附技术对五价砷的去除较为有效，但对三价砷的处理则效果不佳，这主要是由于三价砷在水中一般以中性分子(H₃AsO₃)的形式存在，与Fe(III)、Zr(IV)等氧化物的亲和力较弱。