合作信息
17. 聚合物絮凝劑和螯合樹脂去除水中重金屬
發(fā)布單位：南開大學(xué)
所屬行業(yè)：節(jié)能環(huán)保
合作信息類型：意向合作
機構(gòu)類型：高等院校
供求關(guān)系：供應(yīng)
合作信息期限：2016-12
參考價格：面議
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合作信息簡介
現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的同時也對環(huán)境造成了污染，重金屬對水體的污染極大程度地損害了農(nóng)、林、牧、漁等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也對人民的健康和生命造成威脅。因此有必要對被重金屬污染的水體進行綜合性治理。
本項目提出聯(lián)合使用聚合物絮凝劑和螯合樹脂（包括螯合纖維）對水中重金屬的去除提出治理方案。
1．使用天然殼聚糖作絮凝劑對重金屬污水進行預(yù)處理
甲殼素可從蝦蟹殼中提取獲得，是可再生資源。甲殼素在地球上的含量僅次于纖維素年產(chǎn)量約在1010ｔ～1011ｔ。但是由于各種原因，該資源大部分被浪費。殼聚糖是甲殼素脫乙酰基的產(chǎn)物。近年來我國對以甲殼素、殼聚糖衍生物作為金屬離子吸附劑(鰲合劑) 、水處理絮凝劑及分離膜材料應(yīng)用于水處理的研究很活躍 。殼聚糖對重金屬離子有很好的吸附作用，可以去除Zn2 + 、Cu2 + 、Cd2 + 、Ag + 、Cr3 + 、Ni2 + 、Hg2 + 、Pb2 + 等重金屬離子。殼聚糖的吸附能力受重金屬離子的濃度、p H值、溫度、時間及配比等因素影響。如對無機汞和高毒性有機汞(如: CH3 HgCl 等) 有很好的捕集效果 ,當(dāng)Hg2 + 濃度低于200mg/ L、p H < 7、殼聚糖與Hg2 + 的比值為1：13 時，Hg2 + 的去除率為99 - 81 % ，剩余的Hg2 + 可以通過螯合樹脂處理后排放。
殼聚糖絮凝劑對工業(yè)廢水中Pb2 + 、Cr3 + 、Cu2 +回收,在離子濃度是100mg/ L 的廢水200mL中加入10mg 殼聚糖,處理后溶液中Cr3 + 、Cu2 + 濃度都小于0.1mg/ L ,Pb2 + 濃度小于1mg/ L 。
殼聚糖- 活性炭吸附劑對重金屬Cd2 + 、Cu2 + 、Zn2 + 有很好的吸附作用，當(dāng)pH 為6 ,投加量為4g/ L , 殼聚糖-吸附劑對Cd2 + 、Cu2 + 、Zn2 + 去除率分別可以達到90. 9 %、97. 4 %和95. 9 %。
2．使用氨基膦酸螯合樹脂對預(yù)處理后等重金屬超標(biāo)廢水精制可達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)
氨基膦酸樹脂 (簡稱APAR) 是以-CH2NHCH2P(O)(OH)2 為功能基的一類螯合樹脂。由于功能基上同時含有N 和O 等配位原子，它能與多種金屬離子形成比較穩(wěn)定的配合物，性能優(yōu)良。該樹脂已于上世紀(jì)末在南開大學(xué)化工廠工業(yè)化生產(chǎn)。該樹脂主要用于氯堿工業(yè)離子膜法制燒堿對一次鹽水進行處理，使其中的Ca2+、Mg2+、Fe2+離子的含量小于50ppb。該樹脂曾獲天津市科技進步二等獎。
大孔氨基膦酸型鰲合樹脂是在苯乙烯-二乙烯苯大孔共聚物珠體上進行功能基化，而制備的既含O 又含N 的新型的含磷高分子螯合劑, 它能與Cu2 + 、Pb2 + 、Mn2 + 、Fe2 + 、Mg2 + 、Ca2 + 等多種金屬離子形成比較穩(wěn)定的螯合物,所以氨基磷酸樹脂主要應(yīng)用于二價金屬的回收及從含微量有害金屬與大量堿金屬離子共存的廢水中將有害金屬選擇除去,其樹脂用量少,設(shè)備小型化,是除去有害金屬的經(jīng)濟有效的方法。
以去除汞為例， T=25℃， pH=6.0 時，樹脂吸附汞的靜態(tài)飽和吸附容量為:581.9mg/g 樹脂；用25ml、0.5mol/L HCl 作洗脫劑時洗脫率為97%；用0.2~0.3mol/L 的EDTA 作洗脫劑時洗脫率可以達到99%以上。
3．使用輻照接枝制備功能化離子交換纖維實現(xiàn)對重金屬廢水的處理
目前已建有等輻照站，主要用于消毒滅菌。由于供大于求，因此處于吃不飽狀態(tài)。使用輻照法對PP纖維進行輻照接枝丙烯酸，制備弱酸性離子交換纖維。該纖維對各種重金屬離子有優(yōu)良的吸附性能。該纖維的特性是制備方法簡單，成本較低，吸附和解吸速率快，對多種重金屬離子有效。同時也解決了輻照站設(shè)備閑置的問題。
我們曾經(jīng)使用接枝丙烯酸纖維作為弱酸性離子交換劑，對在Mg2+, Ca2+, Cr3+, Co2+, Ni3+, Cu2+, Ag+, La3+, Pb2+九種離子共存的條件下進行選擇性吸附，發(fā)現(xiàn)在pH=5，離子濃度為40ppm的條件下接枝丙烯酸纖維對這九種離子的動態(tài)吸附表現(xiàn)出了較高的選擇性。接枝纖維對Cu2+, La3+ ,Pb2+離子的吸附占總吸附量的89.57%。然后用1M HNO3做脫附劑，只需要近似等當(dāng)量的硝酸就可以實現(xiàn)這種離子交換纖維的完全脫附。然后針對Cu2+, La3+ ,Pb2+三種離子進行了靜態(tài)和動態(tài)吸附試驗，測定了接枝纖維對Cu2+, La3+ ,Pb2+三種離子的最大吸附量分別為107.48 mg·g-1，246.41 mg·g-1，150.20 mg·g-1。且該接枝纖維對每種已吸附的離子都可以僅僅用近似等當(dāng)量的硝酸即可達到完全洗脫。
綜上所述，綜合使用殼聚糖、氨基磷酸樹脂、接枝纖維可以使重金屬污水的處理技術(shù)提升一個新的臺階。在實現(xiàn)重金屬廢水治理的同時建立環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈。一方面利用甲殼素原料方面的優(yōu)勢，建立生產(chǎn)殼聚糖的工廠。另一方面擴大氨基磷酸樹脂的產(chǎn)量和使用范圍。此外還可以解決輻照站資源浪費問題。達到一舉多得的目的。
本項目提出聯(lián)合使用聚合物絮凝劑和螯合樹脂（包括螯合纖維）對水中重金屬的去除提出治理方案。
1．使用天然殼聚糖作絮凝劑對重金屬污水進行預(yù)處理
甲殼素可從蝦蟹殼中提取獲得，是可再生資源。甲殼素在地球上的含量僅次于纖維素年產(chǎn)量約在1010ｔ～1011ｔ。但是由于各種原因，該資源大部分被浪費。殼聚糖是甲殼素脫乙酰基的產(chǎn)物。近年來我國對以甲殼素、殼聚糖衍生物作為金屬離子吸附劑(鰲合劑) 、水處理絮凝劑及分離膜材料應(yīng)用于水處理的研究很活躍 。殼聚糖對重金屬離子有很好的吸附作用，可以去除Zn2 + 、Cu2 + 、Cd2 + 、Ag + 、Cr3 + 、Ni2 + 、Hg2 + 、Pb2 + 等重金屬離子。殼聚糖的吸附能力受重金屬離子的濃度、p H值、溫度、時間及配比等因素影響。如對無機汞和高毒性有機汞(如: CH3 HgCl 等) 有很好的捕集效果 ,當(dāng)Hg2 + 濃度低于200mg/ L、p H < 7、殼聚糖與Hg2 + 的比值為1：13 時，Hg2 + 的去除率為99 - 81 % ，剩余的Hg2 + 可以通過螯合樹脂處理后排放。
殼聚糖絮凝劑對工業(yè)廢水中Pb2 + 、Cr3 + 、Cu2 +回收,在離子濃度是100mg/ L 的廢水200mL中加入10mg 殼聚糖,處理后溶液中Cr3 + 、Cu2 + 濃度都小于0.1mg/ L ,Pb2 + 濃度小于1mg/ L 。
殼聚糖- 活性炭吸附劑對重金屬Cd2 + 、Cu2 + 、Zn2 + 有很好的吸附作用，當(dāng)pH 為6 ,投加量為4g/ L , 殼聚糖-吸附劑對Cd2 + 、Cu2 + 、Zn2 + 去除率分別可以達到90. 9 %、97. 4 %和95. 9 %。
2．使用氨基膦酸螯合樹脂對預(yù)處理后等重金屬超標(biāo)廢水精制可達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)
氨基膦酸樹脂 (簡稱APAR) 是以-CH2NHCH2P(O)(OH)2 為功能基的一類螯合樹脂。由于功能基上同時含有N 和O 等配位原子，它能與多種金屬離子形成比較穩(wěn)定的配合物，性能優(yōu)良。該樹脂已于上世紀(jì)末在南開大學(xué)化工廠工業(yè)化生產(chǎn)。該樹脂主要用于氯堿工業(yè)離子膜法制燒堿對一次鹽水進行處理，使其中的Ca2+、Mg2+、Fe2+離子的含量小于50ppb。該樹脂曾獲天津市科技進步二等獎。
大孔氨基膦酸型鰲合樹脂是在苯乙烯-二乙烯苯大孔共聚物珠體上進行功能基化，而制備的既含O 又含N 的新型的含磷高分子螯合劑, 它能與Cu2 + 、Pb2 + 、Mn2 + 、Fe2 + 、Mg2 + 、Ca2 + 等多種金屬離子形成比較穩(wěn)定的螯合物,所以氨基磷酸樹脂主要應(yīng)用于二價金屬的回收及從含微量有害金屬與大量堿金屬離子共存的廢水中將有害金屬選擇除去,其樹脂用量少,設(shè)備小型化,是除去有害金屬的經(jīng)濟有效的方法。
以去除汞為例， T=25℃， pH=6.0 時，樹脂吸附汞的靜態(tài)飽和吸附容量為:581.9mg/g 樹脂；用25ml、0.5mol/L HCl 作洗脫劑時洗脫率為97%；用0.2~0.3mol/L 的EDTA 作洗脫劑時洗脫率可以達到99%以上。
3．使用輻照接枝制備功能化離子交換纖維實現(xiàn)對重金屬廢水的處理
目前已建有等輻照站，主要用于消毒滅菌。由于供大于求，因此處于吃不飽狀態(tài)。使用輻照法對PP纖維進行輻照接枝丙烯酸，制備弱酸性離子交換纖維。該纖維對各種重金屬離子有優(yōu)良的吸附性能。該纖維的特性是制備方法簡單，成本較低，吸附和解吸速率快，對多種重金屬離子有效。同時也解決了輻照站設(shè)備閑置的問題。
我們曾經(jīng)使用接枝丙烯酸纖維作為弱酸性離子交換劑，對在Mg2+, Ca2+, Cr3+, Co2+, Ni3+, Cu2+, Ag+, La3+, Pb2+九種離子共存的條件下進行選擇性吸附，發(fā)現(xiàn)在pH=5，離子濃度為40ppm的條件下接枝丙烯酸纖維對這九種離子的動態(tài)吸附表現(xiàn)出了較高的選擇性。接枝纖維對Cu2+, La3+ ,Pb2+離子的吸附占總吸附量的89.57%。然后用1M HNO3做脫附劑，只需要近似等當(dāng)量的硝酸就可以實現(xiàn)這種離子交換纖維的完全脫附。然后針對Cu2+, La3+ ,Pb2+三種離子進行了靜態(tài)和動態(tài)吸附試驗，測定了接枝纖維對Cu2+, La3+ ,Pb2+三種離子的最大吸附量分別為107.48 mg·g-1，246.41 mg·g-1，150.20 mg·g-1。且該接枝纖維對每種已吸附的離子都可以僅僅用近似等當(dāng)量的硝酸即可達到完全洗脫。
綜上所述，綜合使用殼聚糖、氨基磷酸樹脂、接枝纖維可以使重金屬污水的處理技術(shù)提升一個新的臺階。在實現(xiàn)重金屬廢水治理的同時建立環(huán)保產(chǎn)業(yè)鏈。一方面利用甲殼素原料方面的優(yōu)勢，建立生產(chǎn)殼聚糖的工廠。另一方面擴大氨基磷酸樹脂的產(chǎn)量和使用范圍。此外還可以解決輻照站資源浪費問題。達到一舉多得的目的。
