[发明专利]同步去除水中硝酸盐和重金属离子的大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子交换树脂的制备，具体涉及一种同步去除水中硝酸盐和重金属离子的大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂的制备方法。

背景技术

硝酸盐进入人体后，容易被还原成亚硝酸盐而导致高铁血红蛋白症，而且还具有使人体致癌的风险。此外，氮元素是造成水体富营养化的重要营养源之一。因此，如何经济高效地去除水中的氮素一直是当前水质安全保障和水环境保护的工程难题之一。

目前，处理受硝酸盐污染的废水的主要方法有：离子交换、生物反硝化、化学还原，反渗透和电渗析。

生物反硝化对硝酸盐尤其对低浓度硝酸盐的处理效率较低，且还有卫生学的风险，不适合处理饮用水中的硝酸盐；化学还原、反渗透和电渗析等方法由于费用昂贵，也不能得到广泛的应用；生态法虽然建设和运行成本较低，但受季节和自然环境变化影响较大，难以得到稳定的处理效果。而离子交换法具备有选择地去除水中离子态污染物、操作简单、易于管理、费用低等优点，具有高效稳定去除水中硝酸盐的理论可行性。重金属离子，特别是汞、镉、铅、铬及砷等不能被微生物降解，可通过食物链在人体富集。并且具有显著的生物毒性和致癌致畸的风险，对人体危害极大。

目前，对于水中重金属离子的处理方法主要有传统吸附法、絮凝沉淀法、膜分离技术、生物法和有机材料吸附法等。

传统吸附法是利用活性炭或者矿物材料吸附水中的重金属离子；絮凝沉淀法是向水中加入絮凝剂或沉淀剂将重金属离子絮凝沉淀后去除；膜分离技术则需向水中加入试剂将重金属离子氧化或者还原形成一定粒径的不溶于水的颗粒物质再利用膜将其去除；微生物法是利用微生物对重金属离子的富集作用而将其去除。有机材料法是通过合成高分子材料或对现有材料进行改性、接枝、赋予其新基团、新功能使其与水中的重金属离子发生离子交换化学吸附或螯合等作用，从而将水中的重金属离子去除。絮凝沉淀法和膜分离技术容易造成水的二次污染，而生物法具有卫生学的风险。

因此，研发一种能同步去除饮用水中硝酸盐和重金属离子、高效稳定、成本低廉的离子交换树脂，这对保障人类健康和水污染防控至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种同步去除饮用水中硝酸盐和重金属离子的大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法。通过本方法制备的阴离子交换树脂具有良好的除硝酸盐和重金属离子性能以及较高的再生率，如能大规模的推广应用，既可在较低的生产成本下有效去除水中硝酸盐和重金属离子含量，广泛用于水处理工艺中。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种同步去除水中硝酸盐和重金属离子的大孔强碱性阴离子交换树脂的制备方法，其特征在于，以苯乙烯、二乙烯基苯、过氧化苯甲酰、液体石蜡、聚乙烯醇、明胶、次甲基蓝、二氯甲烷、1,4-二氯甲氧基丁烷、无水四氯化锡、二甲基亚砜和三乙醇胺为主要原料，经悬浮聚合反应，氯甲基化反应和胺化反应制成。

具体按如下步骤进行：

1）聚合步骤：

(1)水相的配制：将质量分数为2.5%的聚乙烯醇（PVA）溶液123.2～314mL、质量分数为2%的明胶溶液32～80mL、磷酸三钙4.8～12g、氯化钠1.6～4g、质量分数为1‰的次甲基蓝溶液4.8～12mL、0.08～0.2g的EDTA混合均匀备用。

(2)油相的配制：将苯乙烯80mL，质量分数为80%的二乙烯基苯0～20mL，过氧化苯甲酰0.8～1.5g，液体石蜡0～100mL混合均匀备用。

(2)合成工艺：将水相加入具有搅拌、冷凝管、温度计的500mL三口瓶，以200r/min搅拌，水浴加热至60℃时，加入配好的油相，将搅拌速度提高至400r/min，搅拌15分钟后升温至75℃，保温2h；再升温至80℃，保温1～2h；最后升温至90℃～95℃保温4小时。

反应结束后，用0.5mm孔径的标准筛过滤，得白色珠状树脂，依次用70℃～85℃热水、1mol/L盐酸、去离子水清洗后于45℃干燥；干燥后转移至100目尼龙袋中用无水乙醇在索氏提取器抽提12h，用去离子水将树脂清洗至无乙醇味，再经45℃干燥后即得白色珠状大孔树脂；

2）氯甲基化反应步骤：