專利名稱：弱堿性陰離子交換樹脂吸附重金屬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)中重金屬分離范圍，特別涉及根據(jù)配位化學理論去除天然水體中痕量的重金屬污染的一種弱堿性陰離子交換樹脂吸附重金屬方法。
背景技術(shù)：
飲用水中的重金屬微污染在水中濃度低，一般為痕量水平，而水中背景物質(zhì)如堿金屬離子、堿土金屬離子、各種強酸與弱酸陰離子等，其濃度要比重金屬高幾個數(shù)量級。對重金屬微污染物有極高選擇性的水處理技術(shù)是本發(fā)明的立足點，即在去除水中痕量重金屬的同時，應(yīng)該保持水中對人體有益的組分不會被同時去除。
去除水中的重金屬的方法有許多種，例如沉淀法、螯合樹脂法、天然沸石吸附、離子交換法、膜技術(shù)、活性炭吸附等，這些不能滿足在堿金屬離子、堿土金屬離子、各種強酸與弱酸陰離子等濃度相對較高的條件下選擇性去除痕量重金屬的需要，目前用國產(chǎn)弱堿性陰離子交換樹脂吸附重金屬方法還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供高效、有選擇性地去除天然水體中痕量的重金屬污染的一種弱堿性陰離子交換樹脂吸附重金屬方法，其特征在于所述弱堿性陰離子交換樹脂去除水中痕量的重金屬離子是建立在配位化學的理論基礎(chǔ)上，重金屬離子不是通過交換反應(yīng)，而是以重金屬鹽的形式被樹脂吸附，在配位反應(yīng)的同時，樹脂吸附等當量的強酸陰離子，使氮原子的正電荷得到中和，樹脂因此表現(xiàn)為對重金屬鹽的吸附，如下式所示 其中R表示樹脂骨架，N表示樹脂胺基官能團上的氮原子，上劃線表示樹脂相，Me表示重金屬。
其實際置換方法是將國產(chǎn)弱堿性陰離子交換樹脂裝入過濾柱，過濾柱高徑比控制在2∶1以上，將水通過國產(chǎn)弱堿性陰離子交換樹脂，在常溫、常壓下即實現(xiàn)可選擇性去除微量重金屬。
所述選用弱堿性陰離子交換樹脂的pH值為5～10范圍，本發(fā)明的有益效果是1.該工藝具有將含有微量重金屬污染的天然水體凈化處理，有選擇性去除微量重金屬污染，去除效果好，并同時保留水體中對人體有益的組分，如堿金屬、堿土金屬離子等，從而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的飲用水。2.實驗結(jié)果表明，樹脂一個運行周期可以達到2-3個月，運行周期長，出水可以達到國外優(yōu)質(zhì)飲用水的要求。再生工藝簡單，再生廢液量小，再生過程僅需濃度為1N的硫酸和氫氧化鈉各3-4倍樹脂過濾柱體積，再生效率可達到95％以上。
具體實施例方式
本發(fā)明為高效、有選擇性地去除天然水體中痕量的重金屬污染的一種弱堿性陰離子交換樹脂吸附重金屬方法，所述弱堿性陰離子交換樹脂去除水中痕量的重金屬離子建立在配位化學的理論基礎(chǔ)上，重金屬離子不是通過交換反應(yīng)，而是以重金屬鹽的形式被樹脂吸附，如下式所示 其中R表示樹脂骨架，N表示樹脂胺基官能團上的氮原子，上劃線表示樹脂相，Me表示重金屬。
弱堿性陰離子交換樹脂是一種配位共聚物，其共價鍵側(cè)鏈的胺基官能團上含有氮原子，可提供孤對電子，具有電子給體的特性(Lewis堿)；水中痕量重金屬離子的價電子層有(n-1)d，ns，np等共九個能量相近的電子軌道可以進行雜化，具有電子受體的特性(Lewis 酸)。由此弱堿性陰離子交換樹脂的官能團作為配位體提供孤對電子與重金屬離子共同作用形成絡(luò)合物。氮原子由于提供了孤對電子而帶正電荷，根據(jù)電中性原則，在配位反應(yīng)的同時，樹脂吸附等當量的強酸陰離子，使氮原子的正電荷得到中和。但常量堿金屬離子如K+，Na+等、堿土金屬離子如Ca2+，Mg2+等，其電子外層是惰性氣體電子構(gòu)型，沒有空軌道，不易接受電子，因而不能與樹脂胺基官能團上的氮原子形成絡(luò)合物，幾乎不被弱堿性陰離子交換樹脂所吸附。樹脂因此表現(xiàn)為有選擇性地對重金屬鹽的吸附。但其吸附容量隨樹脂pH值的降低而降低，即N原子優(yōu)先與H+位。由此，可以通過加入硫酸和氫氧化鈉，采用逆流再生方式實現(xiàn)樹脂的再生，并使樹脂恢復(fù)到初始狀態(tài)。其反應(yīng)過程為 其實際置換方法是將國產(chǎn)弱堿性陰離子交換樹脂裝入過濾柱，過濾柱高徑比控制在2∶1以上，將水通過pH值為5～10的國產(chǎn)弱堿性陰離子交換樹脂，過水速度保持在每小時20倍過濾柱樹脂裝填體積的速度以下，在常溫、常壓下即可達到對重金屬鹽的吸附目的。樹脂再生采用逆流再生，過水速度保持在每小時1倍過濾柱樹脂裝填體積的速度以下。先用0.5mol/L的硫酸再生，3-4小時后用自來水沖洗，需要水量6倍過濾柱樹脂裝填體積。再用1mol/L的NaOH再生，3-4小時后進行第二次自來水沖洗，需要自來水量10-12倍過濾柱樹脂裝填體積。酸液至少可以重復(fù)利用5次，堿液至少可以重復(fù)利用3次。
權(quán)利要求
1.一種弱堿性陰離子交換樹脂吸附重金屬方法，其特征在于所述弱堿性陰離子交換樹脂去除水中痕量的重金屬離子建立在配位化學的理論基礎(chǔ)上，重金屬離子不是通過交換反應(yīng)，而是以重金屬鹽的形式被樹脂吸附，在配位反應(yīng)的同時，樹脂吸附等當量的強酸陰離子，使氮原子的正電荷得到中和，樹脂因此表現(xiàn)為對重金屬鹽的吸附如下式所示 其中R表示樹脂骨架，N表示樹脂胺基官能團上的氮原子，上劃線表示樹脂相，Me表示重金屬。其實際置換方法是將國產(chǎn)弱堿性陰離子交換樹脂裝入過濾柱，過濾柱高徑比控制在2∶1以上，將水通過國產(chǎn)弱堿性陰離子交換樹脂，在常溫、常壓下即實現(xiàn)可選擇性去除微量重金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述弱堿性陰離子交換樹脂吸附重金屬方法，其特征在于所述選用弱堿性陰離子交換樹脂的pH值為5～10范圍。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于水處理技術(shù)中的一種弱堿性陰離子交換樹脂吸附重金屬方法。該方法是采用的不是傳統(tǒng)的離子交換理論，而是以樹脂胺基官能團上的氨原子和重金屬離子形成絡(luò)合物的配位化學理論為基礎(chǔ)，將水通過弱堿性陰離子交換樹脂在常溫、常壓下即可達到目的。該工藝有運行周期長，再生工藝簡單、再生廢液量小；去除重金屬效果好等特點。解決了微量重金屬污染天然水體的凈化處理，同時保留水中對人體有益的成分，從而可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的飲用水?？蓱?yīng)用于飲用水廠建造規(guī)模的處理裝置；可針對一個單位、一個小區(qū)或家庭用戶建造適當規(guī)模的凈水間，用于生產(chǎn)瓶裝水商品。
文檔編號B01J41/12GK1446755SQ0310947
公開日2003年10月8日 申請日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者趙璇, 云桂春, 何仕均, 王建龍 申請人:清華大學