[发明专利]一种自组装重金属吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种自组装重金属吸附剂及其制备方法与应用，吸附剂采用油包水型浓乳液法，以带有多个活泼氨基氢的多胺两亲体作为乳液稳定剂，乳液稳定剂在油水界面自组装，得到油包水型浓乳液，且活泼氨基氢表达在油水界面，并面向水相；之后油包水型浓乳液固化形成基质，活泼氨基氢被乙酸根取代，形成氨基多羧酸基团，并表达在基质的孔表面；吸附剂用于含重金属的废水或土壤的处理。与现有技术相比，本发明利用大分子多胺两亲体的自组装将活泼氨基氢表达在油包水型浓乳液界面，在多孔基质形成的同时或之后，将氨基转化为对金属高效吸附的氨基多羧酸结构，合成更加简便，功能基表面覆盖率更高，吸附速率更快，且吸附剂易于再生。

技术领域

本发明属于重金属处理技术领域，涉及一种自组装重金属吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

重金属以不降解、易生物累积和具有持久毒性而日益受到关注。重金属因冶金、采矿、电池、纸业、肥料、杀虫剂等现代工业活动以及现代电子产品的广泛使用，从岩石圈大量进入生态圈，其污染效应正日益成为全球关注焦点。许多重金属使用十分广泛，但同时毒性明显。重金属以单质态或化合态等多样形式存在，化合态的常见形式包括简单阳离子、复杂离子团和有机金属化合物等。高价态的重金属离子多为硬酸，许多以氧阴离子团存在；低价态多为自由离子，零价的多为软酸，容易与有机物基团结合。存在形态不同，在生态系统中的代谢途径也不同，毒性也相应有显著差异。重金属可引起癌变、贫血、失眠、头疼、智力减退、器官功能减退和衰竭等。废水中的重金属可以通过水生物富集，通过食物链(如鱼类)进入人体。著名的日本水俣病是工业生产用的催化汞排放后在生态传递过程转变成甲基汞，并通过食物链传递给人体后造成的，具有包括毒害神经在内的等多种副作用。土壤中的重金属也可能被某些粮食作物富集而传递给人类。由于许多重金属在食物链传递过程中有一个逐步累积的过程，地方性金属富集区通常不会立即表现出人群中毒症状，更可能的表现是一定时间后突发性的大规模爆发某种特征性疾病。

处理废水中的重金属常见方法包括化学沉积、离子交换、化学氧化/还原，反渗透、电化学处理、电渗析、超滤等。目前来看，各技术都还存在不同局限，如处理效率低下、较为苛刻的操作条件，产生二次污染，后处理困难等，使处理重金属成为一种高成本活动。碱沉积对多种金属离子有效，但是存在以下问题：(1)会产生大量低密度的淤浆；(2)由于许多氢氧化物呈现两性离子特性，其水溶解性对pH较为敏感，而每种金属种氢氧化物的最佳沉积pH并不一样，结果通常一次只能针对一种金属种。由于低价重金属多为软酸或中间酸，以软碱硫负离子沉积效果良好。金属离子硫化物的水溶解度比氢氧化物对应物要低得多，对pH不太敏感，这点十分受欢迎。但是硫化氢本身有毒性、挥发性和易燃性；同时有些金属硫化物会形成胶态粒子，造成分离困难。化学沉积通过转变物质结构和物理形态，往往需要和物理处理过程结合才能达到较理想的效果，同时易造成二次污染。作为软碱的低价硫还有其他存在形式如二硫代碳酸根、二硫代氨基甲酸根和黄原酸根，这些基团与金属鳌合能力较强，体现了较为良好的金属处理能力，但金属残留仍然较高，一般还不能直接达到多数国家制定的排放标准(Matlock,M.M.,Henke,K.R.,Atwood,D.A.,.Effectiveness ofcommercial reagents for heavy metal removal from water with new insights forfuture chelate designs[J].J.Hazard.Mater.,2002,92,129-142)。然而，更值得注意的是，这几种处理剂显示了高的泄漏速率；这些处理剂大多在酸性条件下不稳定，会释放有毒物，使其再生困难。超滤等技术都也获得了实际应用。超滤是在低压力差下通过膜孔的尺寸选择性来实现分离的技术。超滤基于尺寸选择，但金属离子本身尺寸较小，对膜孔的大小和均一性提出了很高要求。总之，水中的金属清除涉及多学科原理及技术，规模生产和低成本运行是目前迫切的需求。