[发明专利]一种纳米磁性颗粒吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附剂的制备，尤其是涉及一种用于去除污水中阴离子污染物的纳米磁性颗粒吸附剂的制备。

背景技术

近年来，我国面临严峻的水资源和水环境问题。一方面，我国水资源储量较少，人均水资源持有量为2300m³，仅为世界平均水平的1/4。另一方面，近年来水污染问题严重，加剧了水资源的匮乏。在众多的污染物中，阴离子污染物占据了较大的比例，并产生了相当程度的危害。水体中常见的阴离子污染物包括以磷酸盐、砷酸盐、氟离子为代表的无机阴离子污染物，以及以腐殖酸为代表的有机阴离子污染物。其中，磷酸盐来源于生活污水、工业生产以及农业面源，是最为常见的阴离子污染物，被认为是近年来我国多个大型湖泊水体富营养化问题集中爆发的根本原因；砷酸盐污染，主要产生在广西、湖南、贵州等砷矿藏丰富地区的矿业开发以及相关生产工艺流程中，具有极强的毒性，被国际卫生组织列为第一类致癌物；氟离子一般产生于矿业或钢铁冶金生产，氟离子超标的地下水作为饮用水水源会引发氟骨病、斑釉齿等疾病，目前我国仍有7000万人在饮用高氟水；腐殖酸是天然水体中的主要有机物成分，是动植物残骸经过各种降解作用的最终产物，若经过饮用水处理加氯流程，则会产生具有“三致”作用的各种卤化物，因此成为饮用水预处理中主要关注的污染物。

水中阴离子污染物的去除，常见的方法有生物法、膜过滤法、化学沉淀法等。然而，前述几种方法对于低浓度的阴离子污染物去除效果十分有限，无法满足日益严格的水环境质量标准。而吸附法，则具有适用于低浓度污染物的去除、产污泥量少、成本低、处理效果稳定等优点，可以有效的解决常规工艺阴离子污染物去除无法达标的问题。目前已经开发了多种多样的用于水处理的阴离子吸附剂及其使用方法。

锆作为一种过渡金属元素，对于磷酸根、砷酸根、氟离子和腐殖酸等阴离子具有较好的亲和力和选择性。锆元素在地壳中的含量为130mg/kg,高于铜、锌等常见的金属元素，因此具有较易于获得的特点。此外，锆在人体中含量为250mg，因而也具有生物安全性。基于以上原因，氧化锆以及锆基吸附剂在水处理领域已得到广泛的应用。中国专利公开号CN101555078A公开了一种用纳米氧化锆除氟的方法，将含氟废水通入用纳米氧化锆颗粒填装的反应塔中进行过滤吸附，进水10mg/L，流速9BV/h下出水1mg/L，达到了排放标准。然而，纳米氧化锆由于颗粒极小，过滤性能差，其处理污水的效率较低，不能满足大规模推广的要求。如果将其与污水直接混合，效率会大幅度升高，却无法解决吸附饱和后的再生问题。许多研究者对此给出了解决方案，即将氧化锆颗粒负载于一系列的基体上，从而改善其过滤性能并保证吸附剂在吸附饱和后的回收。例如中国专利公开号CN102942239A公开了一种用于除氟的聚合物基复合吸附剂，将无定型氧化锆负载在苯乙烯-二乙烯苯球状聚合物的孔洞内。该吸附剂通过聚合物对于氟离子产生预富集作用，氟离子扩散至孔洞内并通过扩散作用固定在孔洞内壁，之后在纳米氧化锆颗粒表面发生专性吸附。吸附饱和的吸附剂用NaOH-NaCl混合液进行再生。该方法可以很好地改善氧化锆的流体力学性质，进而促进其过滤性能。同时，负载也可以使得氧化锆的比较面积扩大，促进其进一步发挥作用。可是，在任何基体上负载氧化锆的量是有限度的。过多的负载可能会堵塞二聚体的孔隙，影响其过滤性能。因此，用基体负载氧化锆，将其作为净化阴离子污染的滤料这种思路，在吸附容量上仍然具有局限性。

针对过滤法的局限，可以考虑将磁分离技术引入锆基吸附剂的制作中。制成的磁性颗粒相对作为滤料或滤料改性吸附剂的颗粒，具有颗粒尺寸小，比表面积大等特点，因而有利于吸附。吸附结束后可以通过外加磁场进行固液分离，也解决了回收的问题。现有的磁性吸附剂，一般是将制作好的磁性纳米颗粒(如Fe₃O₄)用SiO₂进行包被，然后利用SiO₂表面丰富的点位进行进一步改性，以适合所要吸附的污染物的需要。中国专利公开号CN104148008A公布了一种用于铅离子吸附的磁性吸附剂的制作方法。该技术在包被了氧化硅的磁铁矿表面又包被了一层磷酸钛，以利于铅离子的吸附作用。类似的，中国专利公开号CN103065754A公布了一种在包被了氧化硅的磁铁矿表面包被苯磺酸，用以吸附抗生素的吸附剂。以上两种吸附剂均收到了较为满意的效果。上述方法存在的问题在于，吸附剂的制作起码需要三步，操作复杂；同时包被氧化硅时往往使用硅烷TEOS，其具有易燃性和对人体的毒性，使得此类工艺可能产生二次污染。

发明内容