[发明专利]一种高选择性阴离子吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高选择性阴离子吸附剂及其制备方法与应用，属于树脂材料制备与应用领域。一种高选择性阴离子吸附剂，所述阴离子吸附剂为树脂基锆金属有机框架材料，所述树脂为骨架内部负载有锆元素的阴离子交换树脂，所述锆金属有机框架通过树脂上的锆负载在树脂上，所述锆金属有机框架在树脂骨架内部形成拓扑结构；所述锆金属有机框架为正八面形；所述树脂基锆金属有机框架材料中的锆质量百分含量为15％～20％。该材料与弱碱性阴离子交换树脂对比，应用时能够在更宽的pH范围内，包括酸性和弱碱性环境中稳定高效去除氟及其它污染型阴离子，且能够对污水中的氟离子具有高选择性及高吸附容量。

技术领域

本发明属于树脂材料制备与应用领域，更具体地说，涉及一种高选择性阴离子吸附剂及 其制备方法与应用。

背景技术

氟化物是废水中一种常见的污染物，多出现在铝和钢铁生产、玻璃和半导体制造、化肥 和电镀工业以及牙膏和杀虫剂制造业排放的废水中，氟在废水中常以氢氟酸、氟硅酸或氟化 物形式存在。由于氟具有较强的腐蚀性，因此电子及半导体超纯水用水标准中对氟含量做了 较为严格的规定，我国电子行业现行的纯水用水标准多以ASTM-D5127-2007《美国电子学和 半导体工业用超纯水标准》为依据，该标准中明确规定氟离子浓度应低于0.1μg/L。因此开发 新型高效除氟技术成为近年来的热点。目前常见的除氟方法包括沉淀法、膜处理法、电渗析 法、吸附法和离子交换法。沉淀法具有简单便宜的优点，但沉淀法在处理过程中会向水体中 引入金属离子，而且出水水质较差。膜处理和电渗析成本高，出水水质无法满足电子及半导 体行业纯水用水标准，同时膜处理还存在易发生膜污染的问题。吸附法具有成本低且除氟效 率高的优点，但其除氟效率受pH影响，且大多数吸附剂不可再生，无法将氟浓度降至纯水 用水标准级别。

阴离子交换树脂作为一种高效去除污染型阴离子的材料，在除氟过程中除氟率高达 90-95％，同时还可协同去除水中硫酸根、硝酸根、高氯酸根、磷酸根、砷酸根等污染型阴离 子。阴离子交换树脂包括弱碱性阴离子交换树脂与强碱性阴离子交换树脂，弱碱性阴离子交 换树脂碱性较弱，能在酸性、近中性介质中有效地交换无机酸，并能吸附分子尺寸较大的阴 离子以及在非水溶液中使用，具有再生效率高、交换容量大，抗污染能力强、机械强度好等 优点。弱碱性阴离子交换树脂主要用于纯水、高纯水制备，作为前置阴床、双层床等与强碱 阴树脂配合使用，能显著提高运行的经济性，也用于电镀及含铬废水的处理和回收等。但弱 碱性阴离子交换树脂在碱性条件下处理效果较差，因此其在应用于水体除氟时常需将水体pH 值调节至0～7，这一步骤会极大提高水体处理成本。

金属有机骨架(MOFs)是一类由金属节点和有机配体构成的新型结晶性多孔固体。与传 统的吸附剂相比，MOFs材料具有更大的孔隙和更大的微孔体积，同时它具有不饱和金属位、 可改变的孔隙和超高的比表面积，因此近年来许多研究将MOFs应用于水体除氟领域。其中， 锆金属有机框架材料(Zr-MOFs)吸附剂对氟的吸附能力明显高于其他大多数氟吸附剂。Zr-MOFs可利用3D结构中的羟基取代废水中氟离子达到高选择性除氟的目的，与除氟效果 受pH影响的离子交换树脂不同的是，Zr-MOFs能在较宽的pH的范围内均能保证高除氟效率， 在弱碱性(pH＝7～9)环境中，它仍然能去除94％以上的氟离子。但是，MOF在实际水处理 过程中难以处理和回收利用，使其难以直接实现工业化应用。

中国专利申请公开号为CN103949225A的现有技术公开了一种纳米复合功能材料污水处 理领域中的树脂基限域自组装纳米MOFs及其制备方法。但此现有技术中的树脂基限域自组 装纳米MOFs主要用于解决MOFs在工程应用中难分离的问题，且该材料处理出水时只能在 较窄的中性pH的范围内，将砷酸根浓度降至5μg/L以下，无法满足纯水用水标准级别，此外 该现有技术中并未涉及材料的除氟能力说明。因此，目前亟需提出一种在较宽的pH范围内 均能对氟进行高选择性去除的除氟吸附剂。

发明内容

1.要解决的问题