[发明专利]一种具有重金属离子和有机染料去除功能的复合絮凝剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种对镍、铬、铅等重金属离子具有良好吸附去除功能以及同时对亮蓝、亚甲基蓝等有机染料具有良好去除功能的复合絮凝剂制备方法。该复合絮凝剂在传统絮凝剂絮凝作用基础上，既可以有效地脱除水中的镍、铬、铅、汞等重金属离子，又可以光催化降解从而去除亮蓝、亚甲基蓝等有机染料，且对水中重金属离子和有机染料去除效率高，可应用于电镀工业、化学工业等污水的处理领域。

背景技术

近年来，工业废水造成的水体污染严重，尤其是水体中重金属离子污染问题十分突出。为了治理水污染，人类探索出众多的物理、化学方法，絮凝剂就是化学方法水处理药剂中用量最大的一类，其作用是对水中悬浮微粒能产生吸附、“架桥”，从而使其集聚成粗大的粒子或絮团，达到加快沉降的目的。但是，目前工业用的絮凝剂对废水中重金属离子的处理效果不够理想，而重金属废水污染是目前迫切需要解决的经济发展与环境健康、饮水安全方面的关键难题。

近年来，无机材料对重金属离子的吸附性能越来越受到研究者的关注，其中凹凸棒土(又称坡缕石)就是最具典型的一种。凹凸棒土是一种具有链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，其特殊的结构使其具有很大的比表面积，物理吸附能力很强。另一方面，凹凸棒土带有层面负电荷，在层间吸附了具有可交换性的阳离子以使电荷平衡，这样凹凸棒土就具有了较强的离子吸附交换能力。

本发明人在前期发明中公开了一种吸附型高分子复合水凝胶的制备方法及其产品(ZL201020595998.1)，利用高分子水凝胶作载体，固载凹凸棒土，从而很好地发挥凹凸棒土的吸附作用。另外，公开了一种对重金属离子吸附量大、吸附效率高的壳聚糖复合絮凝剂的制备方法及其产品(CN103274509A)，以及一种重金属离子吸附型复合絮凝剂的制备方法及其产品(CN201611116740.7)。本发明人在前期发明中还公开了吸附重金属离子的PVDF杂化平板膜【ZL201110254106.0】，利用平板膜作载体，固载凹凸棒土，很好地发挥了凹凸棒土对重金属离子的吸附作用。

针对如何将凹凸棒土应用于污水处理中，开发一种既可以高效吸附水中的重金属离子，又可以现场快速检测重金属存在的吸附材料问题。本发明人在前期发明中利用碳量子点(CD)公开了一种具有重金属离子吸附和检测功能的复合絮凝剂及其制备方法(CN201611117960.1)、一种重金属离子吸附和检测型复合水凝胶的制备方法(CN201611116806.2)、一种重金属离子吸附和检测型复合水凝胶纤维及其制备方法(CN201611116739.4)。前期发明的诸多吸附材料，重金属离子吸附能力有了很大的提升。

但是，近年来工业污水成分越来越复杂，除重金属离子外，往往同时还含有其它难以处理的成分，如有机染料，其已成为工业废水处理中最大难题之一。设计一种既具良好的重金属离子去除功能，又可以同时有效去除水体中有机染料的吸附材料仍是一项很大的挑战。

目前，针对有机染料污染治理方法主要包括物理方法、化学方法和物理-化学方法。常见的物理处理方法主要包括膜分离法、气浮法等；常见的化学处理方法主要有高温深度氧化法、光催化氧化法和电化学法等；常见的物理-化学方法主要包括吸附法、混凝沉淀法及萃取法等。光催化降解法作为一种新型技术，在净化有机染料废水方面具有很大的潜在优势。光催化剂在光照射条件下，吸附于光催化剂表面的有机污染物会发生一系列氧化还原反应，并最终将有机污染物氧化分解成CO₂、H₂O和一些简单的无机酸，这对于环境净化来说意义重大。

氧化锌(ZnO)对有机染料具有良好的光催化降解作用，可以达到净化有机染料废水的目的，所以近年来备受关注。ZnO对有机染料(如亚甲基蓝)具有催化降解的原因是，ZnO在光照作用下，表面能够形成空穴-电子对，空穴-电子对进一步与吸附于ZnO表面的O₂和H₂O反应生成氧化性很强的·OH和·O₂^-，·OH和·O₂^-会将亚甲基蓝的芳香环打开，使亚甲基蓝分子结构发生变化，从而达到降解亚甲基蓝的目的。但是，光源强度、溶液pH、染料浓度、离子强度和电子捕获剂等会对空穴-电子对的形成造成影响，进而会对ZnO光催化效率造成影响。因此，针对ZnO对有机染料的光催化降解作用，如何提高光催化效率仍然是个难题。

发明内容