一种阴离子交换树脂的制备及其对饮用水原水中硝酸盐的吸附效果

第46卷第5期2014年10月西安建筑科技大学学报(自然科学版)J．Xi’anUniv．ofArch．&Tech．fNaturalScienceEdition)Vl01．46NO．5Oct．2014一种阴离子交换树脂的制备及其对饮用水原水中硝酸盐的吸附效果任勇翔1)，李梦辕，叶媛媛，朱菁(1．西安建筑科技大学西北水资源与环境生态教育部重点实验室，陕西西安71055；2．西部建筑科技国家重点实验室(筹)，陕西西安71055)摘要：饮用水原水中的硝酸盐污染已引起全球广泛关注．为经济高效地去除饮用水中的硝酸盐，通过1，4一二氯甲氧基丁烷和三乙胺分别对聚苯乙烯交联微球进行氯甲基化和胺化反应，制得了一种大孔型强碱性阴离子交换树脂，并利用傅里叶红外光谱法对其化学结构进行了表征．结果表明：制备的离子交换树脂具有良好选择性和再生性，全交换容量为2．4mmol／g，对硝酸盐静态吸附量为18．34mg／g，动态吸附量为17．85mg／g，离子交换柱的穿透时间和泄露时间分别为10h和12h，用8％氯化钠反冲再生时间为1h．关键词：离子交换树脂；合成；硝酸盐；吸附效果中图分类号：TU991．26文献标志码：A文章编号：1006—7930(2014)05．0726．05饮用水原水中的硝酸盐污染已引起全球广泛关注，已严重威胁了饮用水安全_JJ．我国生活饮用水卫生标准中规定NO3--N最高限值为10mg／L(水源受限地区为20mg／L)，但常规给水处理工艺难以对其高效去除．硝酸根离子的去除方法可分为生物法、化学法、物理化学法等珥J．物理化学法中的离子交换技术具有简单、高效、树脂经再生后可重复使用、投资和运行费用相对较低等优点，较适于小规模供水系统脱除硝酸盐pJ．目前，市场上现有的代表性硝酸盐选择性离子交换树脂有国产华众HZ一222和进口漂莱特A520E等．HZ-222吸附量大于A520E，但存在选择性及再生性差的不足I，而进口树脂价格昂贵．离子交换树脂的一般制备方法存在所用氯甲基化试剂氯甲醚及二氯甲醚有强烈的致癌作性且胺化试剂三甲胺难于运输贮存和操作控制的缺陷．而以1，4一二氯甲氧基丁烷(BCMB)和液态三乙胺分别作为氯甲基化试剂和胺化试剂具有毒性低、反应条件温和、操作简便的优势¨J．因此，利用BCMB和三乙胺分别对聚苯乙烯交联微球进行氯甲基化反应和胺化反应，旨在合成一种对硝酸盐吸附容量大、选择性和再生陛较好、成本低廉、制备过程绿色安全的大孔型强碱性阴离子交换树脂．1试验部分1．1试验原料与仪器大孔型聚苯乙烯交联微球(自球)，自制(交联度为4，致孔率为80％)；1,4一二氯甲氧基丁烷(BCMB)，纯度>95％，西安蓝晶生物科技有限公司；三乙胺，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；无水硫酸钠，分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；硝酸钾，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；硫酸钾，分析纯，西陇化工股份有限公司；碳酸氢钠，分析纯，郑州派尼；硝酸银，分析纯，上海试剂一厂．傅里叶红外分光光度计，IRPrestige．2型，日本岛津；紫外可见分光光度计，752N型，上海精密科学仪器有限公司；振荡培养箱，BS—lEA型，常州国华电器有限公司．+CHCH2+z⋯。㈣：a△+N(CH2CH3)3———’bAminationReaction图1离子交换树脂合成示意图Fig．1Synthesisofion-exchangeresin收稿日期：2014—04．23修改稿日期：2014—05—26基金项目：国家“水体污染控制与治理”科技重大专项(2009ZX07212—002—004—003)：住房和城乡建设部2012年科学技术项目计划(2012．7—21)作者简介：任勇翔(1968．)，男，博士，教授，博士生导师，主要从事污水生物处理理论与资源化利用．E-mail：ryx@xauat．edu．cn第5期任勇翔，等：一种阴离子交换树脂的制备及其对饮用水原水中硝酸盐的吸附效果7271．2试验方法和内容1．2．1离子交换树脂的制备制备过程反应方程式如图1所示．将20g自球置于500mL锥形瓶中，加入200mL二氯甲烷，溶胀过夜，加入35．96gBCMB并搅拌均匀，再加入22．5mL四氯化锡，搅拌反应6h后，用1mol／L稀盐酸处理混合液，过滤，除去氯化母液，依次用1，4一二氧六环、去离子水、乙醇洗涤树脂，45~C干燥后得氯甲基化的聚苯乙烯交联微球(氯球)备用．测得氯球的氯含量为12％．称取60g氯球置于500mL三口瓶中，加入150mL甲酰胺溶剂，溶胀过夜，加入85mL三乙胺，60~C条件下搅拌反应8h．待反应结束，将瓶中的反应物过滤弃母液，留微球，用去离子水洗至中性．将洗好微球置于锥形瓶中缓慢加入1mol／LHC1调pH值为2左右，保温2h后过滤弃母液，用去离子水洗至无cl一析出，