[发明专利]一种基于纳米体系的水处理药剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米体系的水处理药剂及其制备方法，属于再生水处理技术领域。本发明将制备出的多金属氧酸盐（POM）纳米晶片卷绕、拉伸和重排转化为单壁POM纳米管，将该纳米管与改性壳聚糖结合形成复合材料，最后将制备出的纳米零价铁装配到POM纳米管中制备出复合药剂。本发明制备出的药剂利用改造的纳米零价铁实现对硝酸盐的吸附及还原，打破了常规零价铁去除硝酸盐对于pH等条件的限制，同时也克服了去除过程中产生的钝化、团聚等现象，从而取得更加高效的去除效率。

技术领域

本发明涉及一种基于纳米体系的水处理药剂及其制备方法，属于再生水处理技术领域。

背景技术

现阶段，水体富营养化现象较为普遍，研究结果表明，氮污染对于造成水体的富营养化影响显著，硝酸盐氮是造成水体富营养化的重要原因之一。水体中的氮污染所带来的危害有很多，如过量的硝酸盐氮使水体中营养物质增多，促使自养型微生物旺盛生长，造成水质恶化，破坏生态环境，；人类和水生动物健康受到威胁；水处理的成本增加等。因此，需要进一步改进脱氮理论和工艺，发明效率更高的脱氮技术。

目前针对水体中硝酸盐氮的去除主要有物理法、化学法和生物法三类。物理法主要包括反渗透法、离子交换法、电渗析法等。物理法相对来说运行成本较高，对于高浓度的硝酸盐去除困难，会造成二次污染等问题。生物脱氮技术主要是指以微生物为基础，通过微生物的生长代谢作用，将水体中积累的硝酸盐转移或转化。生物法去除硝酸盐氮早已运用，并且也很成熟，但其自身存在很多缺点，如工艺复杂、运行管理要求高、反硝化速度慢、反应器或构筑物体积大、建设投资成本高等。化学法的原理是利用化学物质的氧化还原等反应将硝酸盐还原去除。发展至今，化学法脱氮由于其处理设备容易操作、容易实现自动监测和控制、处理污染物种类多等优点而被广泛使用。具体方法包括金属还原法、催化反硝化等。

金属还原法脱氮中研究应用较多的还原剂有金属铁、金属铝、金属锌等。其中零价铁具有来源广泛、反应速度快、价格低廉等优点，因此以零价铁作为还原脱氮去除硝酸盐的方法一直受到广泛的关注。虽然零价铁相较于其他还原剂具有多种优点，但零价铁技术的应用也受到自身的一些限制，如零价铁在反应过程中容易产生钝化现象、需要调节pH等反应条件苛刻等。

中国专利“一种Fe-石墨烯颗粒高效去除地下水中硝酸盐的方法”(申请号：201510604939.3；公开日：2016年1月6日)是利用氧化石墨烯粉末与铁粉制备出Fe-石墨烯颗粒材料，利用制备出的这种材料作为还原剂还原去除硝酸盐。在这一过程中硝酸盐得电子被还原成氮气、亚硝酸盐或氨，达到去除硝酸盐的目的。但是这种制备出的还原剂还是无法很好的克服钝化现象，而且存在铁流失的问题，去除的硝酸盐并不是全部转化为氮气，大部分的硝酸盐转化成了亚硝酸盐和氨存在于水中，需要后续的环节进行去除。中国专利“一种利用零价铁/氧化剂/沸石协同体系去除水中的硝酸盐的方法”(申请号：201310312657.7；公开日：2015年02月11日)是利用普通的铁粉、常见的氧化剂及天然沸石配合完成硝酸盐的去除，在这一体系中氧化剂氧化剥离零价铁表面形成的钝化层，使内部零价铁电子可以连续传递到外部，从而使零价铁保持高的还原活性将硝酸盐还原为氨氮，再利用沸石对氨氮的吸附实现去除。然而这种方法只是将常见的一些物质的作用简单的加和，效果有限。而且在氧化剂剥离零价铁表面的钝化层的过程中也会与零价铁产生氧化还原作用，消耗系统中的零价铁及氧化剂，降低药剂的使用效用。

因此，如何利用好零价铁，最大化发挥零价铁的还原作用，改善零价铁去除硝酸盐氮使用条件，避免出现钝化等问题，使零价铁能够更稳定更高效的实现硝酸盐的彻底去除是零价铁去除硝酸盐技术发展需要突破的关键所在。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于纳米体系的水处理药剂及其制备方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于纳米体系的水处理药剂的制备方法，包括：