[发明专利]一种树脂基磷酸铜纳米花涂层深度去除水中重金属的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除水中重金属的方法。

背景技术

近几十年来，随着现代工业的发展和人类活动的增加，重金属作为有色金属在人类生产和生活中得到了广泛应用，然而，在其带来巨大经济效益的同时，由重金属造成的水体污染问题也日益突显。重金属污染具有毒性大，持续时间长，不能被生物降解，且可以通过食物链在生物体内富集，因此严重威胁到人类的生命健康。一般来说，在水体重金属污染治理中，可以通过以下两个途径实现：一是固定水体中的重金属离子，降低其在水体中的迁移能力和生物有效性；二是将重金属离子从污染水体中彻底清除。目前去除水体重金属污染采用的技术方法主要包括：化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、电絮凝法和吸附法。但由于受污染水体组分复杂，以及各高浓度离子间的竞争作等用问题，难以对废水中的重金属离子进行有效去除，从而无法达到越来越严苛的水质控制标准要求。如化学沉淀法可快速高效的实现高浓度重金属离子的去除，但处理深度不高；膜分离法虽然处理深度较好，但投资和运行成本偏高以及应用过程中产生的膜再生，膜浓液等问题限制了其广泛的应用；离子交换法工艺简单，对重金属处理深度较好，但其吸附作用力主要为静电作用，选择性不高，吸附容量低，再生频繁；电絮凝法可将重金属离子从废水中有效的分离出来，但其工艺技术存在能耗较高，对进水的pH值条件要求高等缺点。

近年来，制备纳米复合材料已成为重金属深度净化领域的新生力量。最为代表的是Richard N.Zare研究发现利用牛血清蛋白(BSA)调控磷酸铜沉淀反应易形成纳米花结构。该BSA/Cu₃(PO₄)₂纳米花结构具有巨大的比表面面积、大量的表面功能基团以及孔道结构，从而表现出对水体中污染重金属离子良好吸附能力，以及较强的选择吸附性能。然而该蛋白纳米花通常以粉体的形式存在，在处理含微量重金属时，存在固液分离困难的应用瓶颈。同时，纳米花结构呈现纳米尺度花瓣层孔隙，受污染物低速传质影响，利用率不高，存在工作吸附容量低问题。

离子交换树脂(PS)是在吸附处理水体重金属污染过程中经常使用的一类经典的吸附剂材料，被广泛应用于水体处理过程中。但其主要技术瓶颈是吸附选择性差，再生频繁。为了解决这一问题，研究者将大量高选择性纳米粒子载入树脂孔道，研制高选择性复合材料。但载入纳米粒子存在以下问题：(1)粒子对孔道堵塞严重，难以充分利用。(2)载体荷电功能基磺酸基易被掩蔽，功能基靶向传质性能缺失，(3)孔道容积限制，担载量及形貌难以调控等系列问题大大限制其规模化应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现对目标重金属的螯合去除、促进对重金属离子深度净化的树脂基磷酸铜纳米花涂层深度去除水中重金属的方法。本发明主要是通过在离子交换树脂表面形成一层聚多巴胺(PDA)粘性涂层，从而使BSA能够引导纳米磷酸铜纳米花形成，更加容易和稳定的在树脂表面原位生成一种新型的树脂基磷酸铜纳米花涂层(记做PS-PDA-BSA/Cu₃(PO₄)₂)，并利用该材料对离子所具有的特异选择性和高效吸附能力处理和净化重金属污染废水的方法。

1、树脂基磷酸铜纳米花涂层的制备方法，其步骤如下：

(1)将按每立升Tris-HCl缓存溶液加入10-50g阳离子交换树脂的比例,将阳离子交换树脂置于摩尔浓度为0.1mol/L-2mol/L的Tris-HCl缓存溶液中，再按每立升混合溶液加入120-500g多巴胺(DA)盐酸盐的比例，向上述溶液中加入多巴胺(DA)盐酸盐，使多巴胺(DA)盐酸盐的质量分数维持在12-50％，向上述溶液中加入多巴胺(DA)盐酸盐，温度控制在20-60℃，避光搅拌24-36h，使树脂小球表面形成均匀的聚多巴胺(PDA)涂层，记作PS-PDA；所述阳离子交换树脂为D001、D113或001x7；