[发明专利]一种聚合物基纳米氧化锰深度净化水中微量铊的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水中微量铊的深度净化方法，更具体的说是一种利用对铊具有高吸附容量和选择性的纳米氧化锰复合材料深度净化水体中微量铊的方法。

背景技术

铊作为地壳的一种天然成分，广泛存在于各种环境介质中，一般含量较低，但人为活动如矿山开采和金属冶炼等往往会使局部水域及土壤中铊浓度大幅增加。铊具有强蓄积性毒性，成人致死量为10~15 mg/kg，其对哺乳动物的毒性效应远大于Hg、Pb、As等。摄入过量的铊会导致毛发脱落、腹泻、肌肉萎缩、神经系统的永久性损伤等。鉴于铊的高毒性，美国EAP规定饮用水中铊的最大残留量为2μg/L，中国饮用水安全卫生标准将铊控制在0.1μg/L以下。

目前报道的针对铊污染水治理技术并不多见。美国EPA推荐使用活性铝净化法和离子交换法，这两类方法操作成本较高，处理深度偏低；文献中也有报道采用化学沉淀法（如采用硫化物沉淀法）去除水体中铊，该方法操作简便，但易引起二次污染，且处理深度也难以满足要求；近来，一些学者也提出了采用吸附法净化水体中微量铊，由于铊的化学性质更接近与碱金属，而与常规的重金属离子性能差距较远，目前常用的吸附剂总体对铊的选择性不高、再生性能差，实际应用前景较差。总体而言，目前世界各国仍然非常缺乏经济高效的铊污染水的深度处理技术。

近几十年来，已有研究表明纳米氧化锰颗粒对Pb、Cd、Hg、Ce等重金属具有高效的吸附选择性，且可通过调节pH值实现再生和反复使用。但由于纳米氧化锰颗粒尺寸极细（一般在微米或纳米维度内），直接应用于固定床吸附时易产生极高的流体压降，致使吸附系统迅速失效。为解决这一技术难题，本发明发明人南京大学潘丙才教授及其领导的课题组曾以聚合物树脂作为载体，通过表面沉积技术将纳米水合氧化锰颗粒担载于聚合物树脂的孔道表面制成纳米复合材料，并实现了水中常规重金属如Pb、Cd、Zn等的深度净化[Fabrication of polymer-supported nanosized hydrous manganese dioxide (HMO) for enhanced lead removal from waters. Science of the Total Environment 2009, 407, 5471-5477; Selective Adsorption of Cd(II) and Zn(II) Ions by Nano-Hydrous Manganese Dioxide (HMO)-Encapsulated Cation Exchanger. Industrial Engineering & Chemistry Research 2010, 49, 7474-7579]。这种纳米复合材料既解决了纳米氧化锰颗粒直接应用于流态系统时将产生巨大的压力降的问题；同时又利用树脂表面固化电荷产生的Donnan膜效应，大大强化了材料对目标污染物的吸附选择性，提高了复合材料的工作吸附量。但由于铊的特殊性质，一直不能很好的用于对它的处理。

发明内容

1、要解决的技术问题

针对水中微量铊难以实现深度净化的技术瓶颈，本发明提供一种聚合物基纳米氧化锰深度净化水中微量铊的方法，能够在共存竞争阳离子Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺等的浓度远高于铊时，仍可以使出水的铊的含量达到国家规定的饮用水安全控制标准。

2、技术方案

一种聚合物基纳米氧化锰深度净化水中微量铊的方法，其步骤为：

（A）将微量铊污染的水的pH值调节至5~8.5，过滤；

（B）将经步骤(A)处理后的水通过装填有聚合物基纳米氧化锰的填料塔或滤床，使得水中铊被选择性吸附到该纳米复合材料上；

（C）当吸附出水中铊达到泄漏点时停止吸附，用HCl和Ca(NO₃)₂混合溶液作为脱附剂对步骤（B）中聚合物基纳米氧化锰的填料进行脱附再生，再生后的填料可反复使用。

步骤(A)中含铊水中铊的含量为0.01-0.5 mg/L，水中每种共存竞争性阳离子（如Ca²⁺、Mg²⁺、Na⁺、K⁺、Sr²⁺等）的浓度一般<50 mg/L。