目前,研究最多的载体主要有活性炭、分子筛、纤维素、和高分子聚合物等[7-11]。在这些载体中,树脂作为高分子聚合物,不仅具有良好的化学和热稳定性能以及优异的机械强度与水力学性能等优点。同时,树脂载体上大量的功能基团在去除污染物过程中还具有预富集—强化渗透作用,即Donnan膜效应[12]。所以,树脂作为一种载体材料负载纳米颗粒,制备树脂基纳米复合材料,越来越受到科研人员关注。
目前,树脂基纳米复合材料负载纳米颗粒主要有金属氧化物、零价金属、生物酶和高分子有机物等等。
2树脂基载铁纳米复合材料
铁元素在自然界的形态多种多样,目前,在污水处理中研究最广泛的主要有零价铁、水合氧化铁和氧化铁等。
2。1树脂基载水合氧化铁纳米复合材料
水合氧化铁有环保、价格低、吸附容量大等优点,在中性pH值条件下,它能表现出优良的两性吸附特性,是一类具有应用前景的无机污染物吸附剂。2008年,Pan等人[13]首次以FeCl4-为前驱体,用“离子交换—原位沉积法”将HFO负载于大孔径强碱性阴离子交换树脂D-201当中,成功制出树脂基纳米复合材料--HFO-201,其合成步骤如图1所示。
HFO-201合成流程图[13]文献综述
图2为HFO-201 TEM图像,可以看得出,树脂孔道内HFO颗粒尺寸分布范围为20-100 nm,这是由于合成过程中树脂载体网孔限域效应抑制了HFO过度生长,使HFO颗粒纳米化,从而利于提升HFO吸附活性。
HFO-201的TEM图[13]
静态和动态吸附试验表明,HFO-201有良好的无机阴离子吸附性。相比于载体D-201更易受到水体中竞争离子干扰,HFO-201在过量竞争离子Cl-、NO3-、SO42-等存在的条件下,依然能够表现出对P(V)、As(III)、Sb(V)和Se(IV)等污染物优良的吸附选择性[11, 14-17]。这主要因为D-201和污染物之间作用力为库伦引力,而HFO和阴离子型污染物之间则形成了内层的配位络合物,其作用能力强,不容易受到其它离子的干扰[13]。图3是HFO-201模拟处理含砷废水动态的试验结果,可以看得出,HFO-201能有效地将As(V)的浓度从400 ug/L降低到10 ug/L下,满足世界卫生组织饮用水标准。通过NaOH-NaCl再生之后,HFO-201的吸附能力几乎没下降,吸附剂可循环使用。同时,实验过程中也没有观测到Fe溶出与流失,表明材料性能很稳定。
HFO-201处理模拟含砷废水穿透曲线[12]
载体性质对复合材料吸附性能影响很明显,Qiu等人[18]随后将HFO分别载于带有-SO3-功能基团的大孔径强酸性阳离子交换树脂(D-001)与不带电荷的氯球(PS)上,并探究不同功能基团对重金属去除的效果。实验结果表明,HFO-001对重金属吸附性能要远远强于PS-001,这是由于载体D-001中带有负电磺酸基团对目标离子产生了静电吸引,使目标离子聚集在树脂孔道内,即Donnan膜效应,从而利于复合材料对重金属吸附。来*自-优=尔,论:文+网www.youerw.com
树脂孔结构同样对纳米复合吸附剂吸附性能有很大影响,Wang等人[19]制出了五种粒径相同但孔结构不同的载体,通过把HFO负载于五种载体中来研究孔结构对材料除As性能之外的影响。研究表明,载体孔结构能有效控制HFO纳米颗粒大小,HFO颗粒的粒径随载体孔的结构减小而减小;纳米颗粒粒径越小,复合材料对砷吸附量越高,同时其动力学过程运动越快。
因此,通过对目标污染物性质的分析,可以通过选择合适载体,来设计出性能优良的纳米复合材料。为同时去除水中的有机污染物与无机污染物,Yang等人[20]采用带微孔结构的超高交联树脂负载HFO,制出HFO-802,并研究其同步去除水中对硝基酚和磷酸根的能力。复合材料去除两种污染物的机理如图