[发明专利]一种金属掺杂高分子材料及制备方法和在除氨氮中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及对含氨氮废水的除氨氮技术，具体涉及一种用作除氨氮的金属掺杂高分子材料，该高分子材料的制备方法以及该高分子材料在除氨氮中的应用。

背景技术

含氨氮废水存在于许多工业废水中，特别是钢铁、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工和饲料等生产过程。氨氮是指水中以游离氨(NH₃)和铵离子(NH₄⁺)形式存在的氮。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生。水中的氨氮可以在一定条件下转化成亚硝酸盐，如果长期饮用，水中的亚硝酸盐将和蛋白质结合形成亚硝胺，这是一种强致癌物质。氨氮中的游离氨对水生物起危害作用非常大，并随碱性的增强而增大。会导致鱼类死亡。

常见的除氨氮的方法有：化学沉淀法，膜过滤法，氨吹脱-汽提法，折点氯化法，生物脱氮法，吸附法等。化学沉淀法，处理高浓度氨氮效果较好，但是出水不能达到国家排放标准，需要使用MgO和H₃PO₄作为沉淀剂，消耗比较大，成本高，并且生成的沉淀物MgNH₄PO₄没有经济价值，产生二次污染；膜过滤法需要较大的水压，因而设备和基建成本较高；氨吹脱-汽提法流程简单，运行费用低，但是对于pH低于10.5的氨氮废水效果比较差，而且容易生成水垢，造成严重的操作问题；折点氯化法在处理高浓度氨氮成本非常高；生物脱氮法包括生物硝化和生物反硝化法，占地面积大、低温时效率低、易受有毒物质影响且运行管理比较麻烦。

吸附法的主要有离子交换树脂，活性炭和沸石吸附法，虽然吸油效果良好，但离子交换树脂和活性炭对于氨氮没有选择性，因此吸附量小，化学效率低；沸石虽然对氨氮有一定的选择性，但是同样的问题是，吸附量小，且不适用于高浓度氨氮废水。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种金属掺杂高分子材料，使用其进行吸附除氨氮，去除率高。本发明还提供了由该金属掺杂高分子材料的制备方法以及该高分子材料在除氨氮中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种金属掺杂高分子材料，由母体聚合物、位于母体聚合物上的亲水基团和掺杂于母体聚合物上的过渡金属离子构成；

所述母体聚合物为含-C＝C-的有机化合物与含-C＝C-…-C＝C-的有机化合物聚合而成，所述含-C＝C-的有机化合物中C的数量为2～10；所述含-C＝C-…-C＝C-的有机化合物中C的数量为4～15；

所述亲水基团为磺酸基、氰基、叔胺基、季铵基或羟基中的一种或几种；

所述过渡金属离子为Ti、V、Cr、Fe、Cu、Ni或Zn的离子。

作为优选，所述含-C＝C-的有机化合物为乙烯、丙烯、丁烯、戊稀、己稀、异丁烯、异戊稀、异己烯、苯乙烯、甲基苯乙烯、丙烯酸，丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸，甲基丙烯酸甲酯中的一种或几种。

作为优选，所述含-C＝C-…-C＝C-的有机化合物为二丁烯，二戊烯，异戊二烯，二己烯，异己二烯，二乙烯苯，双戊烯，二乙二醇二乙烯基醚，别罗勒烯中的一种或几种。

一种金属掺杂高分子材料的制备方法，包括以下步骤：

a、将包含水、分散剂和助分散剂的水相和包含所述-C＝C-的有机化合物、含-C＝C-…-C＝C-的有机化合物和引发剂的油相混合，并加入制孔剂，进行悬浮聚合，制成母体聚合物，

所述水相含有的重量比成分为水∶分散剂∶助分散剂＝800～1000∶0.5～3.0∶0.05～0.2，所述油相含有的重量比成分为含-C＝C-的有机化合物∶含-C＝C-…-C＝C-的有机化合物∶引发剂＝0.75～0.98∶0.02～0.25∶0.003～0.01，油相与水相的重量比为1∶4～6，所述制孔剂的重量占水相和油相重量之和的10％～20％；

b、对步骤a的母体聚合物使用胺化剂进行胺化或用磺化剂进行磺化；

c、在室温下，将过渡金属的化合物配制成溶液，将该溶液流经步骤b的产物，进行动态金属掺杂。

作为优选，所述a中悬浮聚合具体为将各成分加入反应釜中，向反应釜中通入压缩空气或氮气，使反应釜中压力保持在表压小于等于0.5MPa的正压状态下，升温至70℃～90℃，保温2小时～24小时，再升温至100℃～150℃，保温4小时～36小时，然后水洗、干燥、筛分，收集粒度为0.2mm～1.35mm的球状母体聚合物。