一種超聲浸漬改性樹脂的制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種超聲浸潰改性樹脂的制備方法和應(yīng) 用。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，氧化性污染物對水體造成的污染逐漸加重，運(yùn)些 氧化性物主要包括硝酸鹽、漠酸鹽、高氯酸鹽及揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)如氯仿等。氧化性污染物中 最具代表性的污染物為硝酸鹽，我國地下水硝酸鹽污染問題在本世紀(jì)初開始顯現(xiàn)，2005年 北京市平原農(nóng)區(qū)地下水的檢測報(bào)告中發(fā)現(xiàn)：該區(qū)淺層地下水硝酸鹽嚴(yán)重超過我國飲用水標(biāo) 準(zhǔn)（lOmg/L);深度在3~6m的淺層地下水水質(zhì)最差，硝酸鹽含量平均為47. 53mg/l，超標(biāo)率 和嚴(yán)重超標(biāo)率均超過1/2。此外，我國北方部分省市的地下水硝酸鹽含量測定結(jié)果表明，多 數(shù)省市的地下水中硝酸鹽平均值接近12mg/l，其中大約35%的地下水超過lOmg/L。硝酸鹽 可間接導(dǎo)致血紅蛋白失去攜氧功能，從而使人產(chǎn)生高鐵血紅蛋白癥。對于嬰兒，只要飲用水 內(nèi)硝酸鹽含量超過90mg/L就易導(dǎo)致嬰兒高鐵血紅蛋白癥，同時易誘發(fā)嬰幼兒產(chǎn)生其他并 發(fā)癥。鑒于硝酸鹽的危害，近年來，國內(nèi)外學(xué)者對水中硝酸鹽去除技術(shù)進(jìn)行了大量研究。
[0003] 目前可用于去除硝酸鹽的技術(shù)，主要有生物法、化學(xué)法、反滲透法和吸附法（包括 離子交換法）。生物法去除水體中硝酸鹽需要投加碳源，因而存在碳源投加過量和二次污染 問題。利用零價鐵作為還原劑將水中的硝酸鹽還原為氮?dú)?，其操作簡單、反?yīng)速度快，但是 零價鐵還原硝酸鹽的產(chǎn)物比例主要取決于反應(yīng)條件，其還原機(jī)理隨著反應(yīng)條件的改變而改 變，另外主要副產(chǎn)物為氨氮，容易帶來二次污染。綜合比較，吸附法中的離子交換法因具有 工藝簡單、處理迅速、效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，成為目前最有發(fā)展空間的處理技術(shù)。因此如何得到 更加經(jīng)濟(jì)、高效的離子交換樹脂成為了去除水體中硝酸鹽的關(guān)鍵。常規(guī)陰離子交換樹脂選 擇吸附離子的順序加大了去除硝酸鹽的難度，而利用超聲浸潰產(chǎn)生徑基氧化鐵負(fù)載在樹脂 表面的改性樹脂去除硝酸鹽的方法還未見報(bào)道。
[0004] 徑基氧化鐵（FeOOH)形成過程中的反應(yīng)式如下： 陽005] 6H2〇+5Fe2++Mn〇4一5化00H(S)巧H ++Mn2+ (1)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種吸附能力穩(wěn)定，易再 生重復(fù)使用、適用范圍廣、環(huán)境友好的超聲浸潰改性樹脂。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0008] 技術(shù)方案之一：
[0009] 所述超聲浸潰改性樹脂的制備方法，包括W下步驟：
[0010] (1)取一定體積的新鮮樹脂，W1:5的體積比加入到5%~20%氯化鋼溶液中浸泡 2~化，再用去離子水沖洗至無色，自然烘干至恒重后備用； 1] 似稱取步驟（1)得到的預(yù)處理樹脂，與濃度為2.Og/L~15.Og/L的KMn〇4溶液 W1:2~5的體積比混合浸潰，并快速攬拌化；然后用去離子水洗涂過濾至濾液無色；陽01引做將步驟似得到的浸潰樹脂，W1:2~5的體積比快速加入到85.Og/L~ 176. 3g/L的化S〇4? 7&0溶液中，并密封進(jìn)行超聲浸潰30min~60min，充分反應(yīng)后，用1 %的 碳酸氨鋼溶液和去離子水交替沖洗S次，再用去離子水快速沖洗至抑呈中性，真空干燥， 得到超聲浸潰改性樹脂。
[0013] 步驟（1)所述的新鮮樹脂優(yōu)選為D201大孔徑陰離子樹脂，氯化鋼濃度優(yōu)選為 10%，浸泡時間優(yōu)選為化。
[0014] 步驟似所述體積比優(yōu)選為1:2,KMn〇4溶液濃度優(yōu)選為2.Og/L。
[0015] 步驟（3)所述體積比優(yōu)選為1:2,FeS〇4 ? 7&0溶液濃度優(yōu)選為85.Og/l，超聲浸潰 時間優(yōu)選為30min。
[0016] 技術(shù)方案之二：
[0017] 所述改性樹脂在含氧化性污染物水體中的應(yīng)用。
[0018] 所述氧化性污染物為氯酸鹽、漠酸鹽或硝酸鹽。
[0019] 具體操作為：在水體中加入改性樹脂，控制水體抑為7. 0~7. 5,并在20°C~30°C 的條件下進(jìn)行水浴恒溫振蕩反應(yīng)，然后將改性樹脂分離，完成對水體中氧化性污染物的去 除。
[0020] 所述水體中硝酸鹽濃度為5.Omg/L~50mg/L;所述恒溫振蕩反應(yīng)條件：恒溫溫度 25°C，振蕩頻率為，200巧m，反應(yīng)時間為0.化~12h。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0022] 1、改性樹脂對初始濃度為lOmg/L的硝酸鹽的去除率可達(dá)100%，相比于未經(jīng)過改 性的樹脂，本發(fā)明的改性樹脂對硝酸鹽的去除有優(yōu)異的效果。
[0023] 2、本發(fā)明制備的樹脂，易再生重復(fù)使用、適用范圍廣，且制備工藝簡單，可廣泛應(yīng) 用于水處理領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0024] 圖1為未改性樹脂的電子顯微鏡示意圖。
[0025] 圖2為實(shí)施例1制得的改性樹脂的電子顯微鏡示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] W下結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 陽〇27] 實(shí)施例1 :
[0028] 一種超聲浸潰改性樹脂的制備方法，包括W下步驟：
[0029] (1)取一定體積的新鮮樹脂，W1:5的體積比加入到5%~20%氯化鋼溶液中浸泡 2~化，再用去離子水沖洗至無色，自然烘干至恒重后備用；
[0030] (2)稱取步驟（1)得到的預(yù)處理樹脂，與濃度為2.Og/L~15.Og/L的KMn〇4溶液 W1:2~5的體積比混合浸潰，并快速攬拌化；然后用去離子水洗涂過濾至濾液無色；
[00川 做將步驟似得到的浸潰樹脂，W1:2~5的體積比快速加入到85.Og/L~ 176. 3g/L的化S04? 7&0溶液中，并密封進(jìn)行超聲浸潰30min~60min，充分反應(yīng)后，用1 %的 碳酸氨鋼溶液和去離子水交替沖洗S次，再用去離子水快速沖洗至抑呈中性，真空干燥， 得到超聲浸潰改性樹脂。
[0032] 將上述制得的超聲浸潰改性樹脂置于100倍的電子顯微鏡下進(jìn)行觀察，得到如圖 2所示的電子顯微鏡圖。與圖1中未改性的樹脂進(jìn)行對比可W看出，圖2所示超聲浸潰改性 后的樹脂呈現(xiàn)淺綠色，表明樹脂表面負(fù)載了一定量的徑基氧化鐵（FeOOH)。 陽〇3引實(shí)施例2 :
[0034] 本發(fā)明的超聲浸潰改性樹脂用于處理水體中的硝酸鹽，包括W下步驟：
[0035] 將實(shí)施例1制得的超聲浸潰改性樹脂，分別投加到5組250mL初始濃度為5mg/L、 lOmg/L、20mg/l、40mg/L和50mg/L的硝酸鹽水體中，超聲浸潰改性樹脂的投加量為0. 2g，水 體的初始抑值為7. 0 + 0. 2,在25°C條件下進(jìn)行水浴恒溫振蕩反應(yīng)，1化后用濾紙將該材料 從水體中分離出來后，用離子色譜儀測定水體中剩余硝酸鹽濃度，計(jì)算硝酸鹽的去除率，結(jié) 果如表1所示。
[0036] 對比例1 :
[0037] 采用未改性的D201大孔徑陰離子樹脂。取一定體積的新鮮樹脂，1:5的體積比加 入到10%氯化鋼溶液中浸泡化，再用去離子水沖洗至無色，自然烘干保存?zhèn)溆谩?br>[0038] 取0.2g該樹脂投加到5組250血初始濃度為5mg/l、10mg/L、20mg/l、40mg/L和 50mg/L的硝酸鹽水體中，水體的初始抑值為7. 0 + 0. 2,在25°C條件下進(jìn)行水浴恒溫振蕩 反應(yīng)，1化后用濾紙將該材料從水體中分離出來后，用離子色譜儀測定水體中剩余硝酸鹽濃 度，計(jì)算硝酸鹽的去除率，結(jié)果如表1所示。
[0039] 表1 :不同初始濃度條件下改性樹脂與未改性樹脂對硝酸鹽的去除率
[0040]
陽0川對比實(shí)施例2與對比例1可知，在硝酸鹽初始濃度為5mg/L和lOmg/L的條件下， 改性樹脂對硝酸鹽的去除率可達(dá)到100%，可將硝酸鹽完全去除（離子色譜儀對硝酸鹽的 檢測限為0.Img/L);而未改性樹脂對硝酸鹽的去除率僅有79. 40%和77. 10%。當(dāng)硝酸鹽 濃度逐漸增大時，兩種樹脂對硝酸鹽的去除率都有所降低。硝酸鹽的初始濃度增大到50mg/ L時，改性樹脂對硝酸鹽的去除率大約是未改性樹脂的2倍。由此可見，超聲浸潰改性后的 樹脂比未改性的樹脂對硝酸鹽的去除率有了很大的提高。
[0042] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種超聲浸漬改性樹脂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 取一定體積的新鮮樹脂，以1:5的體積比加入到5%~20%氯化鈉溶液中浸泡2~ 6h，再用去離子水沖洗至無色，自然烘干至恒重后備用； (2) 稱取步驟（1)得到的預(yù)處理樹脂，與濃度為2. Og/L~15. Og/L的KMnO4溶液以 1:2~5的體積比混合浸漬，并快速攪拌2h ;然后用去離子水洗滌過濾至濾液無色； (3) 將步驟（2)得到的浸漬樹脂，以1:2~5的體積比快速加入到85. Og/L~176. 3g/ L的FeSO4 ? 7H20溶液中，并密封進(jìn)行超聲浸漬30min~60min，充分反應(yīng)后，用1 %的碳酸 氫鈉溶液和去離子水交替沖洗三次，再用去離子水快速沖洗至pH呈中性，真空干燥，得到 超聲浸漬改性樹脂。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲浸漬改性樹脂的制備方法，其特征在于，步驟（1)所述新 鮮樹脂為D201大孔徑陰離子樹脂。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲浸漬改性樹脂的制備方法，其特征在于，步驟（1)所述氯 化鈉濃度為10 %，浸泡時間為6h。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲浸漬改性樹脂的制備方法，其特征在于，步驟（2)所述體 積比為1:2, KMnO4溶液濃度為2. Og/L。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲浸漬改性樹脂的制備方法，其特征在于，步驟（3)所述體 積比為1:2, FeSO4 ? 7H20溶液濃度為85. Og/L，超聲浸漬時間為30min。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性樹脂在含氧化性污染物水體中的應(yīng)用。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，所述氧化性污染物為氯酸鹽、溴酸鹽或硝 酸鹽。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于，在水體中加入超聲浸漬改性樹脂，控制水 體pH為7. 0~7. 5,并在20°C~30°C的條件下進(jìn)行水浴恒溫振蕩反應(yīng)，然后將改性樹脂分 離，完成對水體中氧化性污染物的去除。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述水體中氧化性污染物為硝酸鹽，濃度 為5. 0mg/L~50mg/L ;所述恒溫振蕩反應(yīng)條件：恒溫溫度25°C，振蕩頻率200rpm，反應(yīng)時間 0? 5h ~12h〇
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超聲浸漬改性樹脂的制備方法和應(yīng)用，其制備方法包括：取一定體積的新鮮樹脂加入到氯化鈉溶液中進(jìn)行浸泡預(yù)處理；將預(yù)處理過的樹脂，和KMnO4溶液混合浸漬，并快速攪拌，然后用去離子水洗滌過濾至濾液無色；將得到的浸漬樹脂，以一定體積比快速加入到的FeSO4·7H2O溶液中，并密封進(jìn)行超聲浸漬，充分反應(yīng)后，用碳酸氫鈉的溶液和去離子水交替沖洗至pH至中性，真空干燥，得到超聲浸漬羥基氧化鐵改性樹脂。與未改性的樹脂相比，本發(fā)明的樹脂對硝酸鹽去除性能有了較大的提高，對濃度為10mg/L的硝酸鹽水體，去除率達(dá)100％，表現(xiàn)出了很高的吸附效率，可廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。
【IPC分類】B01J20/30, C02F101/16, C02F1/28, B01J20/26, C02F103/06
【公開號】CN105013454
【申請?zhí)枴緾N201510375666
【發(fā)明人】鐘宇, 李小明, 楊麒, 趙建偉, 徐秋翔, 李思蓓, 姚福兵, 曾光明
【申請人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年7月1日