[发明专利]一种去除水中有机结合态重金属离子的吸附材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种去除水中有机结合态重金属离子的吸附材料及其制备方法，属于水处理技术与应用领域。吸附材料的制备方法包括首先利用表面活性剂与硅源物质进行水热合成法制备改性硅基介孔材料；接着通过原位氧化‑还原反应制备锰基杂化硅基介孔材料；最后采用化学掺杂反应制得有机硅烷掺杂锰基硅基介孔吸附材料。本发明的吸附材料用于对水中有机结合态的重金属离子具有高吸附活性，对水中有机结合态重金属离子吸附容量大，去除效率高，应用范围广，适于在酸性和弱碱性条件下进行有机结合态重金属离子吸附。

发明领域

本发明涉及一种去除水中有机结合态重金属离子的吸附剂，具体是一种特征有机物分子掺杂的锰基介孔吸附材料及其制备工艺，属于水处理技术与应用领域。

发明背景

随着我国工业化进程加快，近年来长期积累的重金属污染问题开始逐渐显露，部分流域和区域重金属污染突出，重大污染事件频发，个别地区重金属污染对食品安全构成威胁，并导致重金属人体残留量较高，使自然生态和人类生存面临严重威胁，并造成了严重的社会影响。监测结果显示，我国15个省的部分国控断面存在重金属超标现象，主要污染项目为汞、铅、锌、砷、镉、铜和六价铬，且我国主要淡水湖均呈献不同程度的重金属污染。

由于重金属离子等具有生物毒性大、在环境中不易被代谢、易被生物富集并有生物放大效应等特点，因此国务院批准的《重金属污染综合防治规划2011-2015》将重金属铅(Pb)和镉(Cd)等列为第一类规划对象进行重点防治。如何有效解决重金属污染问题、控制重金属对人体造成的潜在健康风险已经成为国家维护社会稳定、保障环境安全和可持续发展的重大现实需求之一。

重金属离子在水环境中可以自由水合离子和各种天然有机配位体形成络合物形式存在，也可以吸附于无机粘土颗粒和胶体表面。天然水体中的溶解性有机质(DissolvedOrganic Matter，DOM)含有羧基、醇羟基、酚羟基、羰基等多种官能团，对水体中重金属离子具有强的结合能力，因此，天然水体中的绝大部分金属离子是以与DOM结合的形态存在的。溶解性有机物与水体中重金属的相互作用不仅影响重金属离子的化学形态和赋存状态，同时也对水中重金属的毒性、生物有效性和迁移转化过程等方面起着重要作用。

水环境中有机分子对微量金属离子的结合作用使许多金属离子在水体中的溶解度远高于预期值。DOM可与重金属形成螯合物,从而影响沉淀颗粒的生长、絮凝、凝结和溶解等表面反应,进而提高重金属的溶解度，并促进重金属向上覆水体或沉积物中迁移。在饮用水源水中微量重金属污染去除研究方面，以往研究大都集中在悬浮颗粒物、腐殖酸和重金属等物质间相互作用机制方面，而针对水中溶解性有机结合态重金属在水处理过程中的形态变化、作用过程、去除效能和影响因素等研究相对较少。因此，研究水环境中溶解性有机结合态重金属与悬浮颗粒物(或吸附材料)之间的作用机理，开发可高效吸附有机结合态重金属的吸附材料，是重金属污染水体的治理、修复和水质安全净化的重要前沿课题。

对重金属污染水的处理方法主要分为两类：一类是将溶液中的重金属离子转变为不溶性物质后去除，如化学沉淀法、铁氧化物共沉淀法、电解还原法等；另一类是在不改变重金属离子化学形态条件下的分离,如离子交换法、膜分离法等。近年来也有采用生物法的报道。上述方法对较高浓度的重金属废水的处理均有一定的作用。而针对水中较低浓度重金属离子的去除,尤其是溶解性有机结合态重金属应用上述化学方法及物理方法往往存在处理效率低、成本高的缺点。

科研人员针对我国水厂现行工艺过程，开展了以强化混凝为重点的重金属污染水净化研究并取得了一定的研究成果。虽然混凝工艺对水中吸附于无机粘土颗粒和胶体表面重金属离子有一定的去除作用，但对在水环境中的溶解性有机结合态重金属离子的总去除率只有20％～30％。例如，2012年初，在处理广西龙江水体镉污染事件过程中采用了投加石灰/聚合氯化铝的“微碱混凝沉淀”除镉处置方法，该方法对水中镉离子的去除效率低于30％，其处置结果难以满足要求。因此，研究建立有效的技术和工艺去除饮用水中的溶解性有机结合态重金属离子,是给水处理研究的难点和重点问题之一。