[发明专利]用作汞离子的动态吸附的聚间苯二胺吸附柱及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及汞离子的动态去除技术领域。

背景技术

由于汞对生态安全以及人类健康造成的巨大威胁，金属冶炼、氯碱生产、金属加工、电镀等工业产生的废水必须在除汞后才能排放到环境中。否则，环境水体将受到汞污染，会转变成可随生物食物链传播积聚的甲基汞，对人类安全造成巨大的潜在威胁。寻找高效的环境水体净化方法越来越受到研究者关注。近年来，由于吸附法处理汞液浓度范围宽，成本能耗低，高效快速等优势，开发能够大规模处理含汞废水的连续式操作越来越被人们重视。相比静态吸附法，动态吸附法具有可在线连续化操作、处理量大、便于吸附剂再生与分离等优点，已经成为吸附剂应用于水处理的主要操作方式。因此，考察一种新型高效吸附剂能否迈向实际应用，动态吸附性能的优劣是主要参考指标之一。

吸附法效能的高低关键在于吸附剂的性能。首先是静态吸附性能。合成类汞离子吸附剂因具有对汞离子具有特定吸附作用的CN-，RS-，SH-，NH₂-，-CO-等基团，而显示出优于天然吸附剂的优势。本申请人曾经公开的一种汞离子吸附剂聚1，8-萘二胺(CN1803276)，是一种新型高效超大容量的汞离子吸附剂，静态饱和吸附容量高达2863mg/g，且合成过程简单便捷。本申请人发明的另一种高效汞离子吸附剂聚间苯二胺(申请号：200710037535.6)，最大静态饱和吸附容量可达1499mg/g，不仅合成过程简单便捷，而且单体价格低廉。然而高效的静态吸附性能仅仅是其应用于水处理的必要指标，但不是充分指标。在具有优异的静态吸附性能后，还必须具有优良的动态吸附性能。而这在极大程度上取决于吸附速度。可喜的是，本申请人发明的上述聚间苯二胺就具有很快的吸附速率，50mg聚间苯二胺投入30℃、初始浓度为399.2mg/L的25mL硝酸汞溶液中静态吸附15分钟左右即可达到吸附平衡。且合成该吸附剂的单体不依赖于进口，立足于本国化工产品，便于进一步推广应用。

已见报道的吸附柱对汞离子的动态吸附性能列于表1。可知，目前对汞离子的动态吸附研究多集中在静态吸附性能优良的合成类吸附剂或改性天然吸附剂，装填量多在0.2g～20g之间，处理的初始汞离子浓度多在1000mg/L上下。尽管各个吸附柱的规模、操作参数不同，使动态吸附性能很难进行直接比较，但是，我们还是可以看出，典型吸附剂壳聚糖的动态吸附性能远不如其静态吸附性能，无论是制成膜状或颗粒状装填成柱后，在装填量为2g或17g左右时，穿透时间均不超过50min，相应的汞离子溶液处理量均不超过130mL。(Vieira R S，Beppu M M.Dynamic and static adsorption and desorption of Hg(II)ions on chitosanmembranes and spheres[J].Water Research，2006，40：1726-1734)。装填量较小的接枝硫脲树脂ITU，因处理的汞离子浓度低至50mg/L，穿透时间和相应的处理量分别可高达12.5h和1500mL，但该吸附剂制备过程较繁琐(Zuo G，Muhammed M.Selective binding of mercuryto thiourea-based coordinating resins[J].Reactive and functional polymers，1995，27：187-198)。装填量较小的SOL-AD-IV吸附柱用于处理浓度高达1500mg/L汞液时，穿透时间长达3h，表现了较好的动态吸附性能，可惜其重复利用性能差，致使使用成本高昂(Nam KH，Tavlarides L L.Mercury removal from acidic waste solutions using a thiol functionalorgano-ceramic adsorbent[J].Solvent extract ion and ion exchange，2003，21(6)：899-913)。至于固化单宁膜用于汞离子动态吸附时穿透时间仅为10min，依据目前的研究规模还不能满足工业上实际应用的要求(马贺伟，廖学品，王茹，等.皮胶原纤维固化单宁膜的制备及其对水溶液中铅和汞的吸附[J].化工学报，2005，56(10)：1907-1911)。最接近工业应用规模的要算是离子交换树脂Dowex XZS-1，其装填量高达20g，处理80mg/L汞离子溶液的进口流速高达300mL/min，尽管其穿透时间仅仅5.5min，但其相应的处理体积高达99L，表现出了很高的处理效率。然而，这一高效的处理效率需要在真空负压的操作条件下才能获得(Monteagudo J M，Ortiz M J.Removal of inorganic mercury from mine waste waterby ion exchange[J].Journal of chemical technology and biotechnology，2000，75：767-772)。显然这是一种耗能操作。