[发明专利]一种选择性去除硝态氮的磁性微球树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明公布了一种选择性去除硝态氮的树脂及其合成方法，更具体的说是一种内部包裹有磁性颗粒并同时对硝态氮具有优先吸附去除效果的丙烯酸系强碱阴离子交换树脂及其制备方法。

背景技术

近年来，地表及地下水源的硝态氮污染问题已经被全世界所关注。人类的生活、工农业生产所排放的废物，导致环境水体中硝态氮的浓度不断升高，对人类的身体健康造成了威胁。对于传统的阴离子交换树脂来说，水体中自然存在且无毒害性的氯离子、硫酸根等阴离子会优先于硝酸根阴离子被树脂吸附，降低了树脂的使用效率。英国Purolite公司开发的A520E树脂，美国陶氏公司开发的DOWEX NSR-1等树脂，均对硝酸根有选择吸附性，然而这些树脂均为粒径在0.3~1.2mm，仅适用于传统的固定床工艺。将磁性颗粒包裹到微球树脂骨架中，得到不仅对硝态氮离子具有选择吸附性，同时沉降性能良好的磁性微球树脂，则适用于全混式接触池工艺，降低了运行成本，操作简单，并可与常规磁性树脂混合使用。因此，具有对硝态氮选择吸附性的磁性微球树脂在饮用水净化、地下水修复、城市生活污水深度处理等领域具有广阔的应用前景。

目前，国内外均有关于磁性树脂的专利出现，例如专利AU744706与专利CN 101781437 A，均为丙烯酸系强碱阴离子交换树脂，吸附选择性与传统阴离子交换树脂相同。开发对硝态氮具有选择吸附性，同时具有磁性的微球树脂，将是未来运用树脂法解决硝态氮污染问题的关键。

传统的阴离子交换树脂例如D201、D301等，对水体中阴离子的吸附选择性遵循以下顺序                                                >>。在用其进行硝酸盐超标水体的净化时，树脂会优先吸附水体中常见的硫酸根离子和氯离子，使得树脂对硝酸盐的去除效率下降。针对此种情况，新近开发的商用树脂A520E、DOWEX NSR-1等的吸附选择性为>>_，大大提高了树脂对于硝酸盐的去除效率，但由于粒径较大（0.3~1.2mm），仅适用于传统固定床工艺。专利AU744706中提到的MIEX^?磁性树脂，具有较小的粒径（150~180μm），体现出了较大的比表面积及优越的动力学性能。其良好的沉降性能，也使得MIEX^?适用于全混式接触池工艺，降低了成本且操作简单，但MIEX^?对阴离子的吸附选择性顺序为>>，对NO₃^—不具有优先吸附性，在处理硝酸盐超标的水体时，效率较低。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有的磁性树脂对硝态氮的吸附缺乏选择性的问题，本发明提供了一种选择性去除硝态氮的磁性微球树脂及其制备方法，通过本发明可以利用常见原料、常规操作方法实现磁性颗粒在树脂骨架中均匀分布，得到具有较强磁性、同时对硝态氮阴离子具有选择吸附性的磁性丙烯系强碱阴离子交换微球树脂的。

2.技术方案

本发明通过使用丙烯酸系单体，与交联剂、致孔剂、引发剂混合成油相，加入磁性颗粒，与油相混匀后在水相中进行悬浮聚合。聚合后的磁性白球与特种胺化试剂、烷基化试剂反应，形成季胺盐，即得到目标树脂。

一种选择性去除硝态氮的磁性微球树脂，其由丙烯酸系强碱阴离子交换树脂骨架及包裹其中的磁性粒子构成，树脂骨架的基本结构如下：

，其中B为含有季铵盐的强碱性阴离子交换基团。

上述B基团为下列9种结构中的一种：

           

          

          

         

其中，X为，或；n为0-20，m为1-20；R₁，R₂，R₃，R₄，R₅，R₆，R₇，R₈为烷基，而且R₁，R₂，R₃均为超过两个碳原子的烷基链；树脂粒径为50~500μm，比饱和磁化强度为5~40emu/g，强碱交换容量为3.0~4.5mmol/g，弱碱交换容量为0.5~1.5mmol/g。