CN105013454A

CN105013454A - 一种超声浸渍改性树脂的制备方法和应用

Info

Publication number: CN105013454A
Application number: CN201510375666.XA
Authority: CN
Inventors: 钟宇; 李小明; 杨麒; 赵建伟; 徐秋翔; 李思蓓; 姚福兵; 曾光明
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2015-11-04

Abstract

本发明公开了一种超声浸渍改性树脂的制备方法和应用，其制备方法包括：取一定体积的新鲜树脂加入到氯化钠溶液中进行浸泡预处理；将预处理过的树脂，和KMnO₄溶液混合浸渍，并快速搅拌，然后用去离子水洗涤过滤至滤液无色；将得到的浸渍树脂，以一定体积比快速加入到的FeSO₄·7H₂O溶液中，并密封进行超声浸渍，充分反应后，用碳酸氢钠的溶液和去离子水交替冲洗至pH至中性，真空干燥，得到超声浸渍羟基氧化铁改性树脂。与未改性的树脂相比，本发明的树脂对硝酸盐去除性能有了较大的提高，对浓度为10mg/L的硝酸盐水体，去除率达100％，表现出了很高的吸附效率，可广泛应用于水处理领域。

Description

一种超声浸渍改性树脂的制备方法和应用

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种超声浸渍改性树脂的制备方法和应用。

背景技术

随着工农业和社会经济的发展，氧化性污染物对水体造成的污染逐渐加重，这些氧化性物主要包括硝酸盐、溴酸盐、高氯酸盐及挥发性有机物质如氯仿等。氧化性污染物中最具代表性的污染物为硝酸盐，我国地下水硝酸盐污染问题在本世纪初开始显现，2005年北京市平原农区地下水的检测报告中发现：该区浅层地下水硝酸盐严重超过我国饮用水标准(10mg/L)；深度在3～6m的浅层地下水水质最差，硝酸盐含量平均为47.53mg/L，超标率和严重超标率均超过1/2。此外，我国北方部分省市的地下水硝酸盐含量测定结果表明，多数省市的地下水中硝酸盐平均值接近12mg/L，其中大约35％的地下水超过10mg/L。硝酸盐可间接导致血红蛋白失去携氧功能，从而使人产生高铁血红蛋白症。对于婴儿，只要饮用水内硝酸盐含量超过90mg/L就易导致婴儿高铁血红蛋白症，同时易诱发婴幼儿产生其他并发症。鉴于硝酸盐的危害，近年来，国内外学者对水中硝酸盐去除技术进行了大量研究。

目前可用于去除硝酸盐的技术，主要有生物法、化学法、反渗透法和吸附法(包括离子交换法)。生物法去除水体中硝酸盐需要投加碳源，因而存在碳源投加过量和二次污染问题。利用零价铁作为还原剂将水中的硝酸盐还原为氮气，其操作简单、反应速度快，但是零价铁还原硝酸盐的产物比例主要取决于反应条件，其还原机理随着反应条件的改变而改变，另外主要副产物为氨氮，容易带来二次污染。综合比较，吸附法中的离子交换法因具有工艺简单、处理迅速、效果稳定等优点，成为目前最有发展空间的处理技术。因此如何得到更加经济、高效的离子交换树脂成为了去除水体中硝酸盐的关键。常规阴离子交换树脂选择吸附离子的顺序加大了去除硝酸盐的难度，而利用超声浸渍产生羟基氧化铁负载在树脂表面的改性树脂去除硝酸盐的方法还未见报道。

羟基氧化铁(FeOOH)形成过程中的反应式如下：

6H₂O+5Fe²⁺+MnO₄ ^-→5FeOOH(s)+7H⁺+Mn²⁺ (1)

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附能力稳定，易再生重复使用、适用范围广、环境友好的超声浸渍改性树脂。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

技术方案之一：

所述超声浸渍改性树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)取一定体积的新鲜树脂，以1:5的体积比加入到5％～20％氯化钠溶液中浸泡2～6h，再用去离子水冲洗至无色，自然烘干至恒重后备用；

(2)称取步骤(1)得到的预处理树脂，与浓度为2.0g/L～15.0g/L的KMnO₄溶液以1:2～5的体积比混合浸渍，并快速搅拌2h；然后用去离子水洗涤过滤至滤液无色；

(3)将步骤(2)得到的浸渍树脂，以1:2～5的体积比快速加入到85.0g/L～176.3g/L的FeSO₄·7H₂O溶液中，并密封进行超声浸渍30min～60min，充分反应后，用1％的碳酸氢钠溶液和去离子水交替冲洗三次，再用去离子水快速冲洗至pH呈中性，真空干燥，得到超声浸渍改性树脂。

步骤(1)所述的新鲜树脂优选为D201大孔径阴离子树脂，氯化钠浓度优选为10％，浸泡时间优选为6h。

步骤(2)所述体积比优选为1:2，KMnO₄溶液浓度优选为2.0g/L。

步骤(3)所述体积比优选为1:2，FeSO₄·7H₂O溶液浓度优选为85.0g/L，超声浸渍时间优选为30min。

技术方案之二：

所述改性树脂在含氧化性污染物水体中的应用。

所述氧化性污染物为氯酸盐、溴酸盐或硝酸盐。

具体操作为：在水体中加入改性树脂，控制水体pH为7.0～7.5，并在20℃～30℃的条件下进行水浴恒温振荡反应，然后将改性树脂分离，完成对水体中氧化性污染物的去除。

所述水体中硝酸盐浓度为5.0mg/L～50mg/L；所述恒温振荡反应条件：恒温温度25℃，振荡频率为，200rpm，反应时间为0.5h～12h。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、改性树脂对初始浓度为10mg/L的硝酸盐的去除率可达100％，相比于未经过改性的树脂，本发明的改性树脂对硝酸盐的去除有优异的效果。

2、本发明制备的树脂，易再生重复使用、适用范围广，且制备工艺简单，可广泛应用于水处理领域。

附图说明

图1为未改性树脂的电子显微镜示意图。

图2为实施例1制得的改性树脂的电子显微镜示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

一种超声浸渍改性树脂的制备方法，包括以下步骤：

将上述制得的超声浸渍改性树脂置于100倍的电子显微镜下进行观察，得到如图2所示的电子显微镜图。与图1中未改性的树脂进行对比可以看出，图2所示超声浸渍改性后的树脂呈现浅绿色，表明树脂表面负载了一定量的羟基氧化铁(FeOOH)。

实施例2：

本发明的超声浸渍改性树脂用于处理水体中的硝酸盐，包括以下步骤：

将实施例1制得的超声浸渍改性树脂，分别投加到5组250mL初始浓度为5mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L和50mg/L的硝酸盐水体中，超声浸渍改性树脂的投加量为0.2g，水体的初始pH值为7.0±0.2，在25℃条件下进行水浴恒温振荡反应，12h后用滤纸将该材料从水体中分离出来后，用离子色谱仪测定水体中剩余硝酸盐浓度，计算硝酸盐的去除率，结果如表1所示。

对比例1：

采用未改性的D201大孔径阴离子树脂。取一定体积的新鲜树脂，1:5的体积比加入到10％氯化钠溶液中浸泡6h，再用去离子水冲洗至无色，自然烘干保存备用。

取0.2g该树脂投加到5组250mL初始浓度为5mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L和50mg/L的硝酸盐水体中，水体的初始pH值为7.0±0.2，在25℃条件下进行水浴恒温振荡反应，12h后用滤纸将该材料从水体中分离出来后，用离子色谱仪测定水体中剩余硝酸盐浓度，计算硝酸盐的去除率，结果如表1所示。

表1：不同初始浓度条件下改性树脂与未改性树脂对硝酸盐的去除率

对比实施例2与对比例1可知，在硝酸盐初始浓度为5mg/L和10mg/L的条件下，改性树脂对硝酸盐的去除率可达到100％，可将硝酸盐完全去除(离子色谱仪对硝酸盐的检测限为0.1mg/L)；而未改性树脂对硝酸盐的去除率仅有79.40％和77.10％。当硝酸盐浓度逐渐增大时，两种树脂对硝酸盐的去除率都有所降低。硝酸盐的初始浓度增大到50mg/L时，改性树脂对硝酸盐的去除率大约是未改性树脂的2倍。由此可见，超声浸渍改性后的树脂比未改性的树脂对硝酸盐的去除率有了很大的提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超声浸渍改性树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的超声浸渍改性树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述新鲜树脂为D201大孔径阴离子树脂。

3.根据权利要求1所述的超声浸渍改性树脂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氯化钠浓度为10％，浸泡时间为6h。

4.根据权利要求1所述的超声浸渍改性树脂的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述体积比为1:2，KMnO₄溶液浓度为2.0g/L。

5.根据权利要求1所述的超声浸渍改性树脂的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述体积比为1:2，FeSO₄·7H₂O溶液浓度为85.0g/L，超声浸渍时间为30min。

6.根据权利要求1所述的改性树脂在含氧化性污染物水体中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述氧化性污染物为氯酸盐、溴酸盐或硝酸盐。

8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，在水体中加入超声浸渍改性树脂，控制水体pH为7.0～7.5，并在20℃～30℃的条件下进行水浴恒温振荡反应，然后将改性树脂分离，完成对水体中氧化性污染物的去除。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述水体中氧化性污染物为硝酸盐，浓度为5.0mg/L～50mg/L；所述恒温振荡反应条件：恒温温度25℃，振荡频率200rpm，反应时间0.5h～12h。