專(zhuān)利名稱(chēng)：一種去除水中持久性有機(jī)物的生物類(lèi)脂/高分子復(fù)合吸附劑及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除飲用水中持久性有機(jī)物的吸附劑，具體是一種多孔的含有生物類(lèi)脂的仿生吸附材料及其制備工藝，屬于水處理技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)特別是50年代以來(lái)，化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展使人工合成的有機(jī)物種類(lèi)和數(shù)量與日俱增，其中持久性有機(jī)污染物(persistent organic pollutants，以下簡(jiǎn)稱(chēng)POPs)，大多具有致癌、致畸和致突變性，而且在環(huán)境中難于降解，并可通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)傳遞和富集，廣泛存在于各種環(huán)境介質(zhì)如空氣、水體、沉積物、土壤等以及食品、動(dòng)植物和人體中，對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。2001年，122個(gè)國(guó)家的代表在斯德哥爾摩就12種持久性有機(jī)污染物對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境的威脅達(dá)成了著名的“斯德哥爾摩公約”。這個(gè)公約要求簽署國(guó)通過(guò)各種措施和國(guó)際合作，對(duì)POPs的生產(chǎn)、使用、貿(mào)易以及處置進(jìn)行管制。
在這12種POPs中包括多種有機(jī)氯農(nóng)藥和一些工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的副產(chǎn)物，這些物質(zhì)絕大部分是親脂性有機(jī)物(如二惡英類(lèi))，通常在水中的含量極低，可以低至ng～pg/L，但由于這些污染物能夠在生物體脂肪內(nèi)富集，仍然對(duì)人體具有潛在和巨大的危害性。近幾年來(lái)，許多國(guó)家相繼投入大量人力物力，研究、尋求POPs的控制和消除方法。按照處理原理來(lái)分，大致可概括為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法通常有吸附法、萃取法、蒸餾法和汽提法等。化學(xué)法主要是濕式氧化法、超臨界水氧化法、光催化氧化法和聲化學(xué)氧化法。上述幾種化學(xué)方法處理POPs具有快速高效、反應(yīng)徹底、不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)，其存在的主要問(wèn)題主要表現(xiàn)為反應(yīng)條件要求較高，反應(yīng)器材質(zhì)選用及制造困難，反應(yīng)條件控制與運(yùn)行費(fèi)用降低仍是難點(diǎn)，因此只適合于小范圍、少量有機(jī)污染物的處理，要在工業(yè)規(guī)模上進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，還存在不少亟待解決的問(wèn)題。
對(duì)于持久性有機(jī)污染物的去除，活性碳吸附法是最常用的去除水中有機(jī)物的方法。其吸附是一個(gè)表面過(guò)程，對(duì)水中有機(jī)物的吸附?jīng)]有選擇性，容易達(dá)到飽和，因此需要不斷再生，對(duì)于目前人們最為關(guān)心的低含量、親脂的持久性有機(jī)污染物的吸附效果并不理想。目前除活性碳外，還沒(méi)有更好的對(duì)有機(jī)物的吸附材料。因此開(kāi)發(fā)一種可以有效吸附水中低濃度有機(jī)物的吸附劑將具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
由于大多數(shù)持久性有機(jī)污染物都是親脂性化合物，其對(duì)生物體的毒性也是由于在脂肪中的富集，因此我們應(yīng)用這一原理開(kāi)發(fā)去除親脂性有機(jī)物的仿生吸附材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于生物類(lèi)脂對(duì)POPs的富集原理，制備一種多孔的生物類(lèi)脂/高分子球形復(fù)合吸附劑，提供其制備工藝。POPs通過(guò)分布在吸附劑表面上的微孔而進(jìn)入到類(lèi)脂中，從而可以選擇性的吸附親脂性的有機(jī)物，達(dá)到去除POPs的目的。
制備生物類(lèi)脂/高分子球形吸附劑的基本原理是將生物類(lèi)脂、高分子材料及各種添加劑溶解在丙酮中，滴入與其不相混容的冷凝液中，使其冷凝而形成球形吸附劑。生物類(lèi)脂由高分子材料均勻的固定在吸附劑內(nèi)，吸附劑的外表面為均勻分布的高分子膜。將吸附劑在水中浸泡一定的時(shí)間以去除溶解在吸附劑內(nèi)的丙酮。吸附劑外表面的高分子膜為親水性的，便于和水相之間的溶質(zhì)交換最大。吸附材料內(nèi)側(cè)親脂，便于被吸附的親水和中等疏水有機(jī)污染物被親脂性污染物取代，以保證對(duì)親脂性污染物的吸附容量最大。
本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置如說(shuō)明書(shū)附圖
所示，恒溫室內(nèi)(2)內(nèi)由鐵架臺(tái)(4)固定儲(chǔ)液瓶(1)，使儲(chǔ)液瓶(1)下端的滴管(8)在冷凝管(5)內(nèi)冷凝液(10)的液面以上5～15cm，冷凝管(5)通過(guò)恒溫室底端的孔通到恒溫室外，冷凝管(5)下端接一根塑料管通入抽濾瓶(6)內(nèi)，抽濾瓶(6)放置于一臺(tái)磁力攪拌器(7)上，抽濾瓶(6)中放一部分水。
本發(fā)明的制備過(guò)程如下將高分子材料用丙酮溶解后，加入添加劑和類(lèi)脂混合均勻后為吸附劑的混合液，將混合液加入儲(chǔ)液瓶(1)，調(diào)節(jié)恒溫室(2)的溫度維持30℃～40℃之間，打開(kāi)磁力攪拌器(7)，調(diào)節(jié)儲(chǔ)液瓶(1)下的閥門(mén)(9)，使混合液以一定的速度滴入冷凝管(5)，混合液在冷凝液(6)內(nèi)冷凝成球形吸附劑，吸附劑落入抽濾瓶(6)內(nèi)后隨著水一起旋轉(zhuǎn)直至冷凝成球，避免了吸附劑累積重疊在抽濾瓶瓶底中心、吸附劑與吸附劑之間受壓變形或粘連問(wèn)題。制備完吸附劑后，回收液體石蠟以備下次使用，取下抽濾瓶，用水多次沖洗吸附劑后，放在三角瓶中用水保存。
球形吸附劑溶液各組分比例高分子材料的含量制備的吸附劑要能經(jīng)受住水流的沖擊，所以需要一定的強(qiáng)度，起主要作用的是高分子材料的量，當(dāng)高分子材料的量偏少時(shí)，液滴在石蠟中能成圓整度很好的球形，但到了下部的水中，被旋轉(zhuǎn)的水打碎成絮狀，成不了球形；當(dāng)高分子材料的量偏多時(shí)，溶液的粘度大，無(wú)法從滴口滴出。高分子材料的比例一般在10％～16％之間。
水的含量水的量對(duì)成球也很重要水的量偏少時(shí)，會(huì)使溶液的比重減小，從而使吸附劑液滴在石蠟中沉降的速度變慢以至于漂浮在石蠟液面上；水的量偏多時(shí)，會(huì)影響丙酮對(duì)高分子材料的溶解作用，使得高分子材料難以溶解完全，并且吸附劑液滴在石蠟中移動(dòng)速度快，容易呈扁圓形。水的比例一般控制在10％～20％之間。
丙酮的量一般在50％～70％，高氯酸鎂的量為3％～10％，吐溫80的量一般為0.5～5％左右，類(lèi)脂的量為0％～15％之間。
實(shí)施例1吸附去除水中的DDT球形吸附劑各成份的比例如下醋酸纖維素∶丙酮∶高氯酸鎂∶三油酸甘油脂∶水∶吐溫80＝10∶70∶3∶4∶12∶1，制備吸附劑的粒徑為2mm。采用此吸附劑吸附去除水中的含量為5ng/L～50μg/L DDT，停留時(shí)間為5分鐘時(shí)，去除率能達(dá)到98％以上。
實(shí)施例2吸附去除水中的多氯聯(lián)苯類(lèi)物質(zhì)球形吸附劑各成份的比例如下醋酸纖維素∶丙酮∶高氯酸鎂∶生物脂肪∶水∶吐溫80＝12∶60∶7∶8∶12∶1，制備吸附劑的粒徑為1mm。采用此吸附劑，對(duì)水中含量為5ng/L～50μg/L的多氯聯(lián)苯類(lèi)物質(zhì)的去除效率在停留時(shí)間為10分鐘時(shí)能達(dá)到100％，連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月吸附劑未達(dá)到飽和。
實(shí)施例3吸附去除水中的狄氏劑，艾氏劑，環(huán)氧七氯、DDT等有機(jī)農(nóng)藥球形吸附劑各成份的比例如下醋酸纖維素∶丙酮∶高氯酸鎂∶魚(yú)肝油∶水∶吐溫80＝10∶70∶3∶4∶12∶1，制備吸附劑的粒徑為3mm。采用此吸附劑吸附去除水中的含量為5ng/L～50μg/L狄氏劑，艾氏劑，環(huán)氧七氯、DDT等有機(jī)農(nóng)藥，停留時(shí)間為12分鐘時(shí)，對(duì)各種有機(jī)物的去除率均能達(dá)到98％以上，并且吸附速率隨有機(jī)氯農(nóng)藥的辛醇-水分配系數(shù)的增大而增大。
權(quán)利要求
1.一種用于去除水中持久性有機(jī)污染物的吸附劑，具體是由高分子材料固定一定量的生物類(lèi)脂并在外表面包敷高分子膜的球形吸附劑。
2.一種去除持久性有機(jī)污染物的球形吸附劑的制備方法，具體是將高分子材料、生物類(lèi)脂及其它添加劑的丙酮混合溶液在冷凝液中冷凝制備球形吸附劑的方法。
3.按照權(quán)利要求1所述的吸附劑，其特征在于，吸附劑是高分子材料固定生物類(lèi)脂形成的。
4.按照權(quán)利要求1所述的吸附劑，其特征在于，所述的生物類(lèi)脂是三油酸甘油脂、魚(yú)肝油、生物脂肪。
5.按照權(quán)利要求1所述的吸附劑，其特征在于，所述的高分子材料是聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、及纖維素類(lèi)。
6.按照權(quán)利要求2所述的制備工藝，其特征在于，將高分子材料用丙酮溶解后，加入添加劑和生物類(lèi)脂混合均勻后為吸附劑的混合液，將混合液加入儲(chǔ)液瓶(1)，調(diào)節(jié)儲(chǔ)液瓶(1)下的閥門(mén)，使混合液以一定的速度滴入冷凝管(5)，混合液在冷凝液(10)內(nèi)冷凝成球形吸附劑。
7.按照權(quán)利要求6所述的工藝，其特征在于通過(guò)更換儲(chǔ)液瓶下端的滴管口徑的大小，可以制備出不同粒徑的吸附劑，其粒徑可以控制為0.05mm～5mm。
8.按照權(quán)利要求6所述的工藝，添加劑為高氯酸鎂、吐溫80及水。
9.按照權(quán)利要求6所述的工藝，冷凝液是液體石蠟和水。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種去除水中持久性有機(jī)污染物的生物類(lèi)脂/高分子球形復(fù)合吸附劑及其制備方法和工藝，屬于水處理技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明將生物類(lèi)脂和高分子材料的丙酮溶液滴入冷凝劑中成球形吸附劑，吸附劑外表面的高分子膜具有親水性，可以與水溶液的溶質(zhì)交換達(dá)到最大，內(nèi)含疏水性的生物類(lèi)脂，并且類(lèi)脂均勻地鑲嵌于醋酸纖維素高分子構(gòu)架之間，形成多個(gè)生物類(lèi)脂的微小脂庫(kù)。水中的持久性有機(jī)污染物通過(guò)高分子膜表面的微孔并被富集吸附于生物類(lèi)脂內(nèi)，達(dá)到去除水中持久性有機(jī)污染物的目的。
文檔編號(hào)B01J20/22GK1715197SQ20041006226
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月2日
發(fā)明者劉會(huì)娟, 曲久輝, 代瑞華, 茹加 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心