[发明专利]具磺酸基聚合物基纳米氧化铁重金属吸附剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于环境材料技术领域，涉及聚合物基纳米氧化铁的制备及其对重金属废水深度净化处理的应用。

背景技术

近年来，由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，产生的重金属在数量上和种类上都大大增加，导致重金属大量进入土壤、水体中，不仅引起严重的环境污染和资源浪费，而且对人类的身体健康产生了很大的威胁。此外，重金属和重金属离子对水栖生物、植物和环境等都具有极大的危害。故此，防治重金属污染已经被国家列为“十二五”污染防治工作的重点。铬和铅是严重污染环境的重金属，造成的污染普遍存在，且难以消除，给环境和人体健康造成严重的危害。因此，开展重金属污染物的处理研究具有着重要的现实意义。

重金属废水处理技术主要包括化学法(化学沉淀、氧化还原、铁氧体法等)、生物法、蒸发浓缩、电解法、离子交换法、吸附法、膜分离法等。其中化学沉淀法因投资省、运行成本低等原因应用最为广泛，但重金属污染物的处理深度偏低，出水水质受原废水水质波动、pH控制、沉淀时间、搅拌条件等因素影响波动性较大，易出现超标现象；蒸发浓缩、电解法等深度处理技术虽在处理效果上有较好表现，但在设备投资及处理成本上仍然偏高，难以实现大规模推广应用；混凝、生物处理、氧化还原等往往达不到重金属废水排放标准；反渗透、超滤、纳滤等膜分离技术总体处理效果较好，但对运行条件要求较高，出水和回用率不稳定，投资与操作成本偏高。而吸附法因其成本低廉、方法简便易行受到环境界研究人员的重视。目前，常用的吸附剂主要有活性炭、沸石、离子树脂和螯合树脂等，而采用共聚法制备吸附剂的研究相对较少。

现有研究表明，氨基、磺酸基等基团由于引入了电子云密度较高的氮、硫原子，易与金属离子发生配位络合，因此对重金属离子具有良好的吸附性能。2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)由于具有磺酸基具有成为吸附重金属离子共聚物的价值。专利申请号为200710009066公布了2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的制备方法，专利申请号为02103930公布了在紫外光作用下，通过与AM/AMPS共聚物发生光化学反应，使之转化为具有反应活性的材料的方法。专利申请号为200810143887公开了一种聚丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸的制备方法。另外，张保良等人(山东大学学报(工学版)，2011年，Poly(AM/AMPS)反相乳液的Hofmann降解及其在脱除Cu²⁺方面的应用)报道了通过化学方法制备两性聚合物-聚(丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸/乙烯胺)及对Cu²⁺的吸附，谢建军等人(功能高分子学报，2008年，丙烯酸系高吸水树脂反相悬浮聚合法制备及其吸附性)报道了采用反相悬浮聚合法制备聚(丙烯酸/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸)及对Cu²⁺，Cr³⁺的吸附性能。

近年来，纳米氧化铁由于分散性好，强烈吸收紫外线，具有良好的耐光、热、酸碱、腐蚀性气体及良好的磁性广泛各种工业上，制备纳米氧化铁的方法有很多，如水热法、强迫水解法、溶胶-凝胶法、固相法、微波法、微乳法等，申请号为200910095739.4公开了一种聚乙烯吡咯烷酮修饰的超顺磁性氧化铁纳米颗粒的制备方法，申请号为201010139529.3公开了一种去除水体中微量磷、砷和锑的纳米复合吸附剂，专利申请号为200510023582.6公开了一种采用电子束辐射法制备纳米氧化铁的方法。另外，同济大学的梁美娜，刘海玲等(应用化学，2007，纳米氧化铁的制备及其对砷的吸附作用)采用沉淀法制备了纳米氧化铁，研究了制备条件，并对产品进行了表征。济南大学的郑娅娜，何茂强等(济南大学学报，2010，Pb²⁺在稀土掺杂纳米氧化铁表面的吸附行为)采用溶胶-凝胶法制备稀土元素(La、Ce)掺杂改性的纳米氧化铁，研究了制备其对重金属离子Pb²⁺吸附作用；李广川，胡军等(广东化工，2011，纳米氧化铁应用于水中镉(II)的吸附)研究了新型纳米Fe₂O₃材料对水中Cd²⁺的静态吸附性能，考察了影响吸附与解吸的主要因素。但上述方法大多数为化学聚合法，其制备过程往往需要添加引发剂，导致制备的高分子材料纯度下降，而电子束方法则采用高剂量电子束辐照一步法直接制备纳米氧化铁，没有采用先制备吸附重金属离子的聚合物再负载纳米氧化铁进而制备纳米氧化铁水凝胶，增强其吸附重金属吸附能力的方法。