[发明专利]一种磷酸钛纳米花涂层材料高深度净化水中重金属的方法

说明书

一种磷酸钛纳米花涂层材料的制备方法，其主要是以钛酸丁酯为前驱体，将其溶解于有机醇中，同时加入强酸阳离子交换树脂，在温度40‑60℃，反应5‑12h，而后加入磷酸溶液，反应5‑20h，在树脂外表面形成三维层状磷酸钛纳米花，其纳米磷酸钛担载量质量分数为5.8‑26.3％；使用上述磷酸钛纳米花涂层材料去除水中微量重金属离子的方法主要是将受重金属污染水温度控制在5～55℃，浓度为0.1‑50mg/L，pH为3～7内，以10～50BV/h流速顺流通过装填有复合材料的固定床柱吸附装置，将受重金属污染水高效净化，达到生活饮用水卫生标准。本发明能够解决纳米粒子堵塞所产生的传质和利用率问题、实现含重金属水体的深度净化和安全控制。

技术领域

本发明属于环保技术领域，特别涉及了一种净化水中重金属的方法

背景技术

水中重金属污染是世界性课题，而微量重金属的高深度净化是水质安全的重要保障。目前，在重金属高深度净化领域，基于吸附技术高效纳米复合材料研发是近年来研究重点和热点之一。

近年来，纳米尺寸金属氧化物、磷酸盐由于其对重金属的强吸附、高比表面，而逐步成为微量重金属污染物深度净化的新生力量。最典型的如氧化铁、氧化铝、氧化锆，磷酸钛等。但该类高活性纳米材料受自身超细尺寸影响，在实际应用过程中存在固液分离困难，流体阻力大等众多问题。为了解决这一问题，研究者将高活性纳米粒子通过前驱体扩散-表面沉积技术担载于多孔载体研制系列纳米复合材料。最具典型的是氧化铁-活性炭、氧化锆-树脂、氧化铝-沸石等。专利号为201310342141.7的中国提出将磷酸钛负载于大孔阴离子交换树脂孔道用于水中微量氟的去除，但该类工作仍存在较大问题：(1)纳米粒子载入往往堵塞载体孔道，从而导致重金属吸附过程中动力学传质慢，工作性能不佳；(2)载入纳米粒子担载量较高，但实际应用过程中利用率极低。而且常规的担载型纳米复合材料一般将纳米离子嵌入载体孔道内部，该类材料存在传质速率低，纳米粒子利用率不高，同时纳米粒子载入将掩蔽孔道内载体强富集功能基团，使其特有的Donnan膜富集效应缺失，同时，受纳米粒子受孔道尺寸影响，仅能形成纳米颗粒活纳米棒，而近年来一些高效的二维、三维纳米组装高性能结构难以有效实现。此外，受载体与纳米粒子润湿性影响，纳米粒子很难担载于载体外表面并形成纳米结构调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决纳米粒子堵塞所产生的传质和利用率问题、实现含重金属水体的深度净化和安全控制的磷酸钛纳米花涂层材料高深度净化水中重金属的方法。

本发明主要是以大孔阳离子交换树脂为单体，通过钛酸丁脂醇解在树脂载体表面形成三维层片纳米磷酸钛花状涂层，用于去除水中微量重金属离子，从而实现含重金属水体的深度净化和安全控制。

一种磷酸钛纳米花涂层材料的制备方法如下：

以钛酸丁酯为前驱体，将其溶解于有机醇中(严格无水醇解)，同时加入强酸阳离子交换树脂，在温度40-60℃，反应5-12h，使钛酸丁酯在醇溶液中缓慢醇解，而后加入质量浓度为70-85％的磷酸溶液，反应5-20h，形成三维层状磷酸钛纳米花，由于钛酸丁酯醇解产物是一种偶联剂，能够使磷酸钛纳米花稳固附着于树脂载体外表面，其纳米磷酸钛担载量质量分数为5.8-26.3％；

上述钛酸丁酯：有机醇：磷酸溶液的体积比为1:4～45:5～83，每100mL混合溶液加入3～18g强酸阳离子交换树脂；

所述的强酸阳离子交换树脂为D001、001x7或D113；所述有机醇为乙醇、乙二醇、甲醇或丁醇；

使用上述磷酸钛纳米花涂层材料去除水中微量重金属离子的方法：

将受重金属污染水温度控制在5～55℃，浓度控制在0.1-50mg/L，pH控制在3～7范围内，以10～50BV(床层体积)/h流速顺流通过装填有复合材料的固定床柱吸附装置，将受重金属污染水高效净化，出水较之生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)中所规定的限值降低了一个数量级。