[发明专利]一种自组装金属配位聚合物催化膜去除水中微量或痕量N‑亚硝基二甲胺的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除水中微量或痕量N-亚硝基二甲胺的方法，属于水净化处理工艺。

背景技术

加氯消毒处理后会产生N-亚硝基二甲胺这种消毒副产物。N-亚硝基二甲胺是典型的具有潜在强致癌性的N-亚硝基化合物之一。美国环保局(USEPA)将N-亚硝基二甲胺确定为B2类致癌物质，其单位致癌风险浓度为0.7ng·L^-1，致癌风险系数达到10^-6。EPA已经将其列为优先控制污染物，在综合风险信息系统(IRIS)中建议N-亚硝基二甲胺浓度应低于7ng·L^-1。而现有的水处理工艺不能满足N-亚硝基二甲胺的标准，因此处理饮用水中的N-亚硝基二甲胺迫在眉睫。

是一种半挥发性的黄色油状液体，不易被生物富集及颗粒吸附，可以通过土壤和沉积物进入地下水。目前减少饮用水中N-亚硝基二甲胺的方法主要包括：活性炭吸附、二氧化硅吸附、树脂吸附、沸石吸附等物理方法，反渗透法，紫外光辐照法等光解技术，应用臭氧、双氧水、Fenton试剂等的高级氧化技术，生物降解法，锌、铁等金属还原法等方法。而这些去除N-亚硝基二甲胺的方法均存在不足之处。N-亚硝基二甲胺水溶性高，亨利定律常数较低，常规的物理吸附法和反渗透法处理效果较差；紫外光辐照法能耗较大，成本较高；高级氧化技术虽能高效降解大部分有机物，但对N-亚硝基二甲胺的去除效率受到羟基自由基的限制；生物降解法反应时间比较长，远高于光解和高级氧化所需要的时间。

零价铁是环境材料中最为廉价的铁基来源，作为一种新型的催化剂材料，较大的比表面积和表面能使其具有优越的吸附性能，特有的表面效应和小尺寸效应能提高其反应活性和降解效率。多年来的研究表明，零价铁对各种有机、无机和重金属污染物都有不同程度的去除效果。对比以上几种去除N-亚硝基二甲胺的方法中零价铁还原去除N-亚硝基二甲胺具有高效、低能耗、易控制等优势，是具有广阔发展前景的饮用水净化工艺技术。

为了克服零价铁易钝化、易团聚、难回收等在环境水体修复中使用的局限性，本发明通过静态层层自组装和金属-聚阳离子电解质配位技术将活性金属零价铁颗粒负载于具有较大比表面积的聚丙烯腈膜载体上，用以去除水中微量及痕量的N-亚硝基二甲胺。

发明内容

本发明是针对上述各种方法的弊端，提出一种新型的自组装金属配位聚合物催化膜材料去除水中微量及痕量N-亚硝基二甲胺的方法。该方法具有材料廉价、制备简单、不引入二次污染、去除速率快等优点。以羧基化的高分子聚丙烯腈膜为基体材料，采用静电自组装技术将聚二烯丙基二甲基氯化铵聚阳离子以及聚丙烯酸聚阴离子电解质组装在基膜表面，制备出具有大量羧基基团的高分子自组装复合膜。再经过金属-聚阳离子电解质配位技术以及经典液相还原法制备自组装金属配位聚合物催化膜。

通过控制组装层数、配位反应中铁离子的浓度、溶液pH等方法方便有效的调控自组装金属配位聚合物催化膜中铁的含量以及表面功能层的厚度。在水溶液中，该自组装金属配位聚合物催化膜具有较强的还原性能，可与N-亚硝基二甲胺可快速发生氧化还原反应，从而将N-亚硝基二甲胺还原为二甲胺，达到从水中去除N-亚硝基二甲胺的目的。

将自组装金属配位聚合物催化膜放置于含有一定量N-亚硝基二甲胺并经氮气脱氧处理后的水溶液中，复合膜表面固定的零价铁与N-亚硝基二甲胺发生快速的氧化还原反应，N-亚硝基二甲胺还原为二甲胺，从而使饮用水中的N-亚硝基二甲胺得到去除。

在经过氮气脱氧处理的N-亚硝基二甲胺溶液的反应瓶中加入于自组装金属配位聚合物催化膜材料，其中负载的零价铁量为25.7mg/g～171.4mg/g，N-亚硝基二甲胺的初始浓度为47.4μg/L～196.5μg/L。反应瓶密封后放置于多点智能磁力搅拌器上进行磁力搅拌反应，转速为200rpm，25℃，pH为2.5～9.5范围，搅拌1.5h。

本发明的有益效果表现在以下几个方面：