南开大学科技成果——聚合物絮凝剂和螯合树脂去除水中重金属

南开大学科技成果——聚合物絮凝剂和螯合树脂去

除水中重金属

现代工业高速发展的同时也对环境造成了污染，重金属对水体的污染极大程度地损害了农、林、牧、渔等产业的发展，同时也对人民的健康和生命造成威胁。因此有必要对被重金属污染的水体进行综合性治理。

本项目提出联合使用聚合物絮凝剂和螯合树脂（包括螯合纤维）对水中重金属的去除提出治理方案。

1．使用天然壳聚糖作絮凝剂对重金属污水进行预处理

甲壳素可从虾蟹壳中提取获得，是可再生资源。甲壳素在地球上的含量仅次于纤维素年产量约在1010t～1011t。但是由于各种原因，该资源大部分被浪费。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物。近年来我国对以甲壳素、壳聚糖衍生物作为金属离子吸附剂（鳌合剂）、水处理絮凝剂及分离膜材料应用于水处理的研究很活跃。壳聚糖对重金属离子有很好的吸附作用，可以去除Zn2+、Cu2+、Cd2+、Ag+、Cr3+、Ni2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。壳聚糖的吸附能力受重金属离子的浓度、pH值、温度、时间及配比等因素影响。如对无机汞和高毒性有机汞（如：CH3HgCl等）有很好的捕集效果，当Hg2+浓度低于200mg/L、pH<7、壳聚糖与Hg2+的比值为1：13时，Hg2+的去除率为99-81%，剩余的Hg2+可以通过螯合树脂处理后排放。

壳聚糖絮凝剂对工业废水中Pb2+、Cr3+、Cu2+回收，在离子浓度是100mg/L的废水200mL中加入10mg壳聚糖，处理后溶液中Cr3+、

Cu2+浓度都小于0.1mg/L，Pb2+浓度小于1mg/L。

壳聚糖-活性炭吸附剂对重金属Cd2+、Cu2+、Zn2+有很好的吸附作用，当pH为6，投加量为4g/L，壳聚糖-吸附剂对Cd2+、Cu2+、Zn2+去除率分别可以达到90.9%、97.4%和95.9%。

2．使用氨基膦酸螯合树脂对预处理后等重金属超标废水精制可达到国家排放标准

氨基膦酸树脂（简称APAR）是以-CH2NHCH2P(O)(OH)2为功能基的一类螯合树脂。由于功能基上同时含有N和O等配位原子，它能与多种金属离子形成比较稳定的配合物，性能优良。该树脂已于上世纪末在南开大学化工厂工业化生产。该树脂主要用于氯碱工业离子膜法制烧碱对一次盐水进行处理，使其中的Ca2+、Mg2+、Fe2+离子的含量小于50ppb。该树脂曾获天津市科技进步二等奖。

大孔氨基膦酸型鳌合树脂是在苯乙烯-二乙烯苯大孔共聚物珠体上进行功能基化，而制备的既含O又含N的新型的含磷高分子螯合剂，它能与Cu2+、Pb2+、Mn2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+等多种金属离子形成比较稳定的螯合物，所以氨基磷酸树脂主要应用于二价金属的回收及从含微量有害金属与大量碱金属离子共存的废水中将有害金属选择除去，其树脂用量少，设备小型化，是除去有害金属的经济有效的方法。

以去除汞为例，T=25℃，pH=6.0时，树脂吸附汞的静态饱和吸附容量为：581.9mg/g树脂；用25ml、0.5mol/L HCl作洗脱剂时洗脱率为97%；用0.2~0.3mol/L的EDTA作洗脱剂时洗脱率可以达到99%以

上。

3．使用辐照接枝制备功能化离子交换纤维实现对重金属废水的处理

目前已建有等辐照站，主要用于消毒灭菌。由于供大于求，因此处于吃不饱状态。使用辐照法对PP纤维进行辐照接枝丙烯酸，制备弱酸性离子交换纤维。该纤维对各种重金属离子有优良的吸附性能。该纤维的特性是制备方法简单，成本较低，吸附和解吸速率快，对多种重金属离子有效。同时也解决了辐照站设备闲置的问题。

我们曾经使用接枝丙烯酸纤维作为弱酸性离子交换剂，对在Mg2+，Ca2+，Cr3+，Co2+，Ni3+，Cu2+，Ag+，La3+，Pb2+九种离子共存的条件下进行选择性吸附，发现在pH=5，离子浓度为40ppm的条件下接枝丙烯酸纤维对这九种离子的动态吸附表现出了较高的选择性。接枝纤维对Cu2+，La3+，Pb2+离子的吸附占总吸附量的89.57%。然后用1MHNO3做脱附剂，只需要近似等当量的硝酸就可以实现这种离子交换纤维的完全脱附。然后针对Cu2+，La3+，Pb2+三种离子进行了静态和动态吸附试验，测定了接枝纤维对Cu2+，La3+，Pb2+三种离子的最大吸附量分别为107.48mg•g-1，246.41mg•g-1，150.20mg•g-1。且该接枝纤维对每种已吸附的离子都可以仅仅用近似等当量的硝酸即可达到完全洗脱。

综上所述，综合使用壳聚糖、氨基磷酸树脂、接枝纤维可以使重金属污水的处理技术提升一个新的台阶。在实现重金属废水治理的同时建立环保产业链。一方面利用甲壳素原料方面的优势，建立生产壳

聚糖的工厂。另一方面扩大氨基磷酸树脂的产量和使用范围。此外还可以解决辐照站资源浪费问题。达到一举多得的目的。