利用纳米材料去除水中典型金属离子技术

1、利用纳米材料去除水中典型金属离子技术摘 要：针对国内水污染情况的复杂性，实验室制成 新型高分子聚合物材料，并通过对其分子结构和性能参数的 测定，开展这种材料对水中污染物去除机理的分析，着重分 析和评估这种纳米材料去除水中重金属离子的机理和不同 水环境条件对其去污能力的影响，为纳米材料在水中污染物 深度处理的实际应用和推广提供重要的参考依据。关键词：纳米材料；水处理；重金属离子近年来，伴随着我国经济建设的飞速发展，饮用水源的 污染问题也日益突出，加剧了我国水资源短缺的状况。而国 内生活小区内常规水处理工艺的局限性，不仅无法彻底有效 地去除各种污染物质，而且在处理的过程中可能产生致癌、 致突变等对

2、人体有害的副产物，使人们的健康面临着严重的 威胁。因此寻找一种切实有效的高效净水材料，并以此为基 础设计一套饮用水深度处理的工艺技术，就成为我国环境工 程研究者一项迫在眉睫的任务。目前，纳米技术已经广泛地应用于材料、计算机、光学、医药和化工等众多领域，但在环境工程及大气污染控制领域 中的应用研究来看，我国与国际先进国家相比，无论从作用 机理的理论分析，还是纳米技术的应用开发方面，都还存在 着相当大的差距。再加上我国水源的污染状况远较国外复 杂，这就更加突出了利用纳米技术用于我国水污染控制研究 的紧迫性。在这其中，对新型纳米净水材料的机理和应用研 究成为今后研究领域中的一个重要发展方向。1 纳米

3、净水材料的实验室制备1.1 药剂制备 根据研究目标的要求，本实验采用对环糊精进行甲苯磺 酰化，制备出6位碳伯羟基处取代的 B -CD单对甲苯磺酸酯(B -CD-6-OTs )作为药剂处理目标水。1.2 B -CD-6-OTs 的合成B -环糊精使用前用蒸馏水重结晶两次， 真空干燥； 吡啶 加入适量的粒状 KOH干燥数日，使用前蒸馏收集114C馏分；其它试剂为分析纯试剂。在装有带无水 CaCl2 干燥管的冷凝管、恒压漏斗、机械 搅拌器的 250mL 三口烧瓶中加入 8.33g 的 B -CD 和 100mL 吡啶，微热溶解后冷却，于室温下继续搅拌1h,在恒压漏斗中加入 80mL 吡啶和 1g 对

4、甲苯磺酰氯配成的溶液， 继续搅拌 反应过夜后，40C真空旋转蒸发溶剂， 固体用200mL的乙醚 洗涤，抽滤，经 3次重结晶后得到白色粉末产品 B -CD-6-OTs ， 即纳米净水材料晶体。2 纳米净水材料性能参数测试2.1 利用 X 射线衍射分析测定样品的晶相结构。通过实验室制备得到的纳米吸附材料 XRD 谱图基线平稳，各衍射 峰尖而窄，无杂峰存在，说明样品纯度和结晶度高。2.2 BET 测试结果如表 1 所示。从表 1 可以看出，这种吸附材料的吸附容量很大，远远 超过传统的活性炭、活化沸石等吸附剂，对于去除水中微量 有机或无机杂质极为有利。3 纳米材料对水中典型重金属离子去除效率的研究3.

5、1 汞离子的处理效率及影响因素研究3.1.1 pH 值对去除率的影响在 pH9 时，去除率开始下降影响不大。 pH 值为 7 时， 纳米吸附材料的最高去除率可达 95.9% 。3.1.2 吸附时间对去除率的影响在汞离子的浓度、 pH 值一定的情况下，去除率随着吸 附时间的增加而升高，在 240min 时吸附达到平衡，去除率 可达 97.1%，继续延长吸附时间去除率变化不大，因此，在 汞离子去除实验中选择最佳吸附时间为 240min 。3.1.3 吸附剂的用量对去除率的影响 在汞离子的浓度、 pH 值一定的情况下，在吸附剂的添 加量为 0.5mg 时吸附就已经达到了平衡， 去除率可达 97.1%

6、 ， 继续添加吸附剂的用量去除率基本无增加，其实际应用意义 也不大。因此，在汞离子去除的实验中选择纳米吸附剂的最 佳添加量为 0.5mg 。3.2 砷离子的处理效率及影响因素研究3.2.1 pH 值对去除率的影响在pH4时，pH值对去除率影响不大。pH值为2时，改 性滤料去除率可达 82.08% 。3.2.2 吸附时间对去除率的影响在As (V)离子的浓度，pH值一定的情况下，去除率 随着吸附时间的增加而升高，在 240min 时吸附达到平衡， 去除率可达 95.96%，继续延长吸附时间去除率变化不大， 因 此，在As(V)离子去除实验中选择最佳吸附时间为240min。3.2.3 滤料的用量对

7、去除率的影响在As (V)离子的浓度，pH值一定的情况下，去除率 随着改性滤料的增加而升高，由10.23%变化为 97.012%。在改性滤料的添加量为 2g 时吸附达到平衡，去除率可达 95.96%，继续添加改性滤料去除率变化不大，因此，在As(V)离子去除实验中选择改性滤料的最佳添加量为2g。通过对铜、铅、镉、铬等金属离子的原水进行纳米材料 的静态吸附实验的研究以及对各种影响因素的分析，得出以 下结论：(1) pH=5 , Cu2+为6mg/L，纳米材料的添加量为 2g,吸附时间为120min时，纳米材料对 Cu2+的去除率可达 到95.29%。(2)在Pb2+的浓度为2mg/L , pH值为7,吸附 时间为120min时，纳米材料的添加量为 2g时对Pb2+去除率 可达96.75%。(3)在Cd2+的浓度为2mg/L , pH值为7,吸 附时间为 120min 时，纳米材料的添加量为 2g 时对 Cd2+ 去 除率可达96.73%。 (4)在Cr6+的浓度为50mg/L ,纳米材料 的添加量为2g时对Cr6+去除率可达96.3%。4 结束语 通过试验证明纳米材料能在分子结构中形成海绵状、具 有纳米级尺度的微孔，从而能够高效地吸收和截留水中的一 些用常规净水工艺和材料很难或无法