[发明专利]一种重金属废水处理树脂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及重金属废水处理技术领域，特别涉及一种重金属废水处理树脂及其制备方法和应用，该重金属废水处理树脂是一种新型氨基羧酸树脂，运用于重金属废水处理，处理废水操作简单，使用方便，对环境不会造成二次污染，而且原材料使用价廉易得。

背景技术

重金属污染是近年来引起人们关注的严重问题。其中铅离子因为毒性易累积和难降解而备受人们关注。环境中的铅离子对动物和人体产生严重的危害。痕量的重金属容易被忽视，因为在难以预测中被人类吸收和应用。因此，本研究主要针对重金属废水的处理。

通常对于重金属废水的处理主要有化学沉淀法、电解法、吸附法、膜分离法、离子交换法和生物法。化学沉淀法处理重金属废水流程简单，但是其投加药剂量大；电解法投资成本高，只适合处理高浓度的重金属废水；吸附法对吸附材料的要求较高，处理费用高；膜分离法对膜的更换和清洗要求较高；生物法则对机理的研究还不透彻。相比较而言，离子交换法可以将废水中的重金属离子进行富集，再利用洗脱去除或者回收。此方法净化废水中的重金属后，其出水离子浓度远低于化学沉淀法处理后出水中重金属离子的浓度，回收再生后溶液，可以实现重金属的回收，同时也避免采用化学沉淀法处理重金属废水时产生的大量污泥。

对于水体中痕量重金属离子，常规的废水处理剂往往富集效果不够理想，难以满足人们的需要。

发明内容

有鉴于此，为了弥补上述缺点及不足，本发明提供了一种重金属废水处理树脂及其制备方法和应用。

本发明第一方面提供了一种重金属废水处理树脂，化学结构式为：

其中，R为呈交联体型结构的聚合物。

本发明第二方面提供了上述重金属废水处理树脂的制备方法，步骤包括：

S1、40-50℃下将甲基丙烯酸环氧丙酯、二乙烯基苯、偶氮二异丁腈以及甲苯和正庚烷混合物在稀有气体保护下加入至氯化钠溶液和聚乙烯醇溶液的混合液中，在80～120℃下悬浮聚合反应5-6h，纯化、干燥后筛取直径过40目筛的球形树脂；

S2、将步骤S1所得的球形树脂与氨水于40～70℃下反应11-13h，纯化后干燥；

S3、将步骤S2所得干燥产物与氯乙酸于55-65℃下反应9-11h后升温至75-85℃反应1.5-2.5h，过滤后洗涤、干燥，制得重金属废水处理树脂。

本发明第三方面提供了上述重金属废水处理树脂在重金属废水处理中的应用，步骤包括：调节重金属废水pH至6～8，加入重金属废水处理树脂，置于离子交换装置中。

本发明的有益效果是：将本发明提供的重金属废水处理树脂是一种新型氨基羧酸树脂，用于含痕迹Pb²⁺的重金属废水处理中，该树脂对Pb²⁺吸附量可达0.5mol/g，且利用硝酸脱附率最高可达95％以上，因此对重金属废水进行处理的同时可以重复使用，有效解决了材料性能的问题和二次利用性；本发明提供的新型氨基羧酸树脂的制备方法原料易得、成本低、反应条件温和、对环境无污染。

附图说明

图1为本发明采用新型氨基羧酸树脂应用于重金属废水处理的工艺流程图；

图2为本发明新型氨基羧酸树脂对Pb²⁺的吸附动力学图；

图3为本发明pH值对离子交换过程的影响图；

图4为不同流速下新型氨基羧酸树脂对重金属去除率的影响。

具体实施方式

本发明第一方面提供了一种重金属废水处理树脂，化学结构式为：

其中，R为呈交联体型结构的聚合物。

优选的，所述R为甲基丙烯酸环氧丙酯与二乙烯基苯共聚所得呈交联体型结构的球形聚合物。

该重金属废水处理树脂中呈交联体型结构的聚合物以及引入的氨基和羧基共同形成的类似EDTA的结构与重金属能进行螯合，螯合过程类似于下图所示：

主要由N原子与重金属形成配位键，并且与氧原子形成两个类似五元环的结构，因而对水体中痕量Pb²⁺离子具有高的吸附能力，交联体型结构聚合物能形成材料要求的孔径，对水体中痕量Pb²⁺离子起到物理吸附的作用,聚合物以及氨基和羧基共同作用，实现吸附效果的最佳化；在脱附过程中因为加入洗脱剂且螯合作用力较化学键小，从而可以实现较好的洗脱，具有较好的重复利用性。

本发明第二方面提供了上述重金属废水处理树脂的制备方法，步骤包括：