[发明专利]一种海藻酸钠/明胶包覆纳米零价铁去除水中重金属镉、铅污染物的方法

说明书

本发明涉及一种海藻酸钠/明胶包覆纳米零价铁去除水中重金属镉、铅污染物的方法，其是海藻酸钠/明胶为主要原料，CaCl₂为交联剂，对纳米零价铁进行协同固定化，研究表明，该纳米零价铁具有很高的稳定性，并对重金属离子Cd²⁺和Pb²⁺去除效果进行研究，发现均具有较好的去除效果，可以达到95％以上。本发明制备的固定化纳米零价铁具有绿色环保、安全无毒，具有较高的反应活性和稳定性，对重金属离子Cd²⁺和Pb²⁺同时具有较好的去除效果。

技术领域

本发明涉及一种海藻酸钠/明胶包覆纳米零价铁水处理剂修复水中重金属镉、铅的方法，属于污水处理领域。

背景技术

重金属主要来源于采矿、选矿、冶炼、电镀、化工、制革和造纸等工业废水。进入水体中的重金属不能被生物体降解，可通过食物链富集并最终进入人体，干扰正常的生理功能，损害人体健康。Pb(II)可经皮肤、消化道、呼吸道等进入人体，在肝，肾，脑组织等处聚积，并通过血液扩散到全身，对神经系统，造血系统和肾脏的损害最为严重，中毒者出现头痛，腹痛，腹挥，疲劳感，肌肉疼痛，食欲不振等症状。进入人体的Cd(II)可有选择性地蓄积于肾、肝中，使许多酶系统受到抑制，从而影响肝、肾器官中酶系统的正常功能。慢性镉中毒主要影响肾脏，可导致“痛痛病”。

重金属污染具有长期性、累积性、隐蔽性、潜伏性和不可逆性等特点，危害大、持续时间长、治理成本高，严重威胁经济社会可持续发展。随着我国工业化进程的加快，长期积累的重金属污染问题开始逐渐显露，部分流域和区域涉重金属重大污染事件发生频繁。目前水中重金属污染常用处理方法有：化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法、吸附法、植物修复法、膜析法及电化学等。

近年来，将纳米零价铁用于环境污染的修复是一种新的污染控制技术。与普通铁粉相比，由于纳米零价铁具有较高的比表面积(33.5m²/g，普通铁粉0.9m²/g)及优良的表面吸附和化学反应活性，可对环境中卤代烃、多氯联苯(PCB)、有机氯农药、杀虫剂、染料、重金属离子、硝酸盐、铬酸盐及砷酸盐等多种污染物进行还原修复，并可减少毒性副产物的生成。因此，该技术在环境污染物治理中具有广阔的应用前景。但新鲜制备的纳米零价铁不稳定，极易团聚影响活性，且在环境中易氧化甚至自燃，限制了纳米零价铁的实际应用。面对当前越来越复杂的环境污染现状，改善纳米铁材料的稳定性，提高其实际应用价值，对实现多种环境污染物的联合修复具有非常重要的意义。目前，国内外学者采用沸石、硅胶、树脂、活性炭等材料负载纳米零价铁，利用淀粉、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、聚丙烯酸等表面活性剂对纳米零价铁进行改性，改善了纳米铁的分散性和迁移性，并提高了纳米铁的稳定性。

本发明人在申请CN2014104628556涉及一种海藻酸钠和β-环糊精用于协同固定化纳米零价铁的制备方法，其制备的纳米零价铁可以除去废水中重金属离子Cd(II)和Pb(II)，但Cd(II)的去除率明显比Pb(II)要低。

在废水中Cd(II)和Pb(II)经常是伴生存在，因此，需要进一步开发能够同时有效去除两种金属离子的去除剂。

海藻酸钠(SA)是一种天然高分子多糖化合物，安全无毒，具有成本低、可生物降解等优势，被广泛应用于食品、药学及生物技术领域，主要对易氧化、易失活等成分进行稳定和固定化。但单一海藻酸钠包覆菌或酶时，存在结构相对疏松、易碎、容易泄露等问题，加入明胶(Gel)协同固定化，可改善聚合物凝胶球的结构。本发明以环境友好型材料海藻酸钠、明胶为主要壁材对纳米零价铁进行包覆，并将包覆后的纳米零价铁应用于水中重金属Cd(II)、Pb(II)污染物的去除。实验表明，发现使用明胶后其效果明显要好于使用β-环糊精，其形成的包覆物更加稳定，重金属离子去除效果更好，Cd(II)和Pb(II)的去除率都在95％以上，可以达到同时有效的去除。

发明内容