[发明专利]一种阴离子树脂载纳米氧化锆复合材料的工业化制备方法

说明书

本发明公开了一种阴离子树脂载纳米氧化锆复合材料的工业化制备方法。主要制备步骤包括：(1)阴离子交换树脂加入碱液中搅拌、反应，使树脂转型为OH型，水洗至中性待用；(2)将锆盐溶于醇中，制备料液待用；(3)材料加入料液中搅拌充分反应后取出；(4)加入碱液中搅拌、反应后取出用酸液浸泡、自来水冲洗至中性后装袋；(5)向料液与碱液中补充药剂后，直接套用于下一批次生产。本方法工艺简单、无需加热烘干、耗时短、成本低，可有效克服阴离子树脂内不易负载纳米氧化锆的难题；所得产品载锆量稳定、除污性能优异，极大地提升了阴离子树脂载纳米氧化锆复合材料的规模化生产效率，具有较强的经济效益与环保效益。

技术领域

本发明属于一种阴离子树脂载纳米氧化锆复合材料的工业化制备方法。

背景技术

饮用水和污水中存在着大量的无机阴离子污染物质，如磷（磷酸根、亚磷酸根、次磷酸根、高磷酸根等）、砷（砷酸根、亚砷酸根等）、氟离子、溴离子、硒酸根等。这些污染物中一部分具有较高的毒性（如砷、氟、溴、硒等），极易对人类和其他生物体造成损害；另一部分易造成水体的富营养化（如磷等），影响水体的利用价值。针对上述污染物质，国内外学者已经开发并应用了多种方法，包括沉淀法、电絮凝法、膜分离法和吸附法等。其中吸附法由于具有去除效率高、操作工艺简单、成本较低、不产生污泥、处理水量大等优势，受到了广泛的关注和应用。常见的吸附剂有活性炭、高岭石、沸石、金属（氢）氧化物等，其中金属（氢）氧化物对上述污染物有特异性吸附作用，且可通过再生实现重复利用。南京大学潘丙才教授研究团队通过将氧化铁、氧化锆、氧化镧等金属氧化物负载在阴离子交换树脂基体上，一方面解决了金属氧化物呈粉末状、难以实际应用的问题，另一方面，借助树脂基体的阴离子交换基团的Donnan膜效应，可实现对上述阴离子污染物的预富集和强化扩散，取得了较好的效果，受到了国内外学界和产业界的广泛关注。其中，氧化锆价格低廉、无毒无害，且具有较强的酸稳定性和抗有机配体（如草酸等）污染能力，应用前景广阔。

然而，阴离子交换树脂基载锆复合材料的工业化制备面临困难。这是由于锆盐在水溶液中以阳离子形式存在，与阴离子交换树脂的荷电基团存在强烈的静电排斥作用，因而难以进入树脂内部生成纳米颗粒。为了解决这一问题，南京大学潘丙才教授团队的发明专利（授权公告号：CN102942239A，授权公告日：2014年4月9日）公开了一种聚合物基载锆复合材料的制备方法，该方法在聚合物与锆盐混合搅拌时，采用敞口水浴加热的方法，不断蒸发浓缩迫使锆盐进入树脂孔内。该方法可适用于阴离子树脂基纳米氧化锆的克级制备，但由于蒸发浓缩能耗较大，对设备要求较高，难以应用于工业化生产中。中国发明专利（申请公布号CN107262072A，公布日：2017年10月20日）公开了一种载锆纳米复合树脂吸附剂的工业制备方法，该方法一定程度上解决了实验室制备方法在直接推广到工业规模化生产时面临的传热、传质、流动等问题，初步适应了工业化制备的需求，但在树脂的盐浸阶段仍需要加热，能耗较大，对设备要求较高；更为重要的是，由于未解决负载过程中锆盐离子与树脂基体之间强烈的静电排斥，该方法负载效果依然不佳，且需要投加过量锆盐以迫使水合锆阳离子进入树脂内部，导致纳米氧化锆集中分布在树脂载体外围，纳米颗粒出现明显团聚，载体孔道严重堵塞，降低了纳米颗粒的位点利用效率。

综上，目前亟需发展适用于工业化制备的阴离子树脂载纳米氧化锆复合材料制备方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能耗低、负载效果佳、有效位点利用率高的一种阴离子树脂载纳米氧化锆复合材料工业化制备方法。

技术方案：本发明所述的一种阴离子树脂载纳米氧化锆复合材料的工业化制备方法，包括以下步骤：

（1）树脂转型：将经清洗干燥预处理后的阴离子交换树脂倒入碱液中搅拌、反应1-2h，使树脂上的功能基转为OH型；

优选地，该步骤中中所述阴离子交换树脂骨架为聚苯乙烯-二乙烯苯或聚丙烯酸，功能基为季铵基、叔胺基、吡啶或嘧啶；树脂投量范围为20 kg-2 t，所述碱液质量分数为5-30%，所述树脂与碱液质量比1:1-1:5。