本發(fā)明涉及污水處理，具體涉及一種無紡布吸附材料的制備方法、再生方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、
2、目前，污水處理技術(shù)主要分為生物降解、化學(xué)/電催化和物理吸附三類。生物法具有操作簡(jiǎn)單、生態(tài)友好等優(yōu)點(diǎn)，但其處理效率低、耗時(shí)長且對(duì)外部環(huán)境條件要求嚴(yán)格。化學(xué)法雖處理效率高，但存在運(yùn)營成本高、能耗大及易產(chǎn)生二次污染等問題。相比之下，吸附法因其操作簡(jiǎn)便、成本低廉、適用范圍廣(可處理可溶或不溶的有機(jī)、無機(jī)及生物污染物)而成為工業(yè)和生活廢水處理的主流方法。吸附法的核心機(jī)制包括吸附作用和離子交換作用：前者通過范德華力、疏水相互作用、氫鍵相互作用、配位相互作用、π-π相互作用及極性作用實(shí)現(xiàn)；后者則依賴靜電相互作用處理離子型污染物。
3、近年來，高比表面積、多孔結(jié)構(gòu)的材料(如共價(jià)有機(jī)框架、金屬有機(jī)框架和無定形多孔有機(jī)聚合物)在污染物吸附領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著潛力。然而，這些材料在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨以下關(guān)鍵挑戰(zhàn)：(1)由于材料通常以細(xì)小顆粒形式存在，其親水性較差，導(dǎo)致在低污染物濃度下吸附效率顯著降低，難以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)；(2)材料回收困難且回收率低，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，通過合理設(shè)計(jì)多孔吸附材料的結(jié)構(gòu)(如調(diào)控孔徑分布、表面化學(xué)性質(zhì)及吸附劑形式)，開發(fā)兼具高效吸附性能、優(yōu)異親水性和易回收特性的新型吸附劑，成為當(dāng)前污水處理領(lǐng)域亟待解決的核心科學(xué)問題與技術(shù)瓶頸。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種吸附效果好的無紡布吸附材料的制備方法。
2、本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種能循環(huán)使用的無紡布吸附材料的再生方法。
3、本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)提供一種無紡布吸附材料的應(yīng)用。
4、本發(fā)明解決上述第一個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種無紡布吸附材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
5、(1)將氯代硅烷溶于乙醇中，配制成濃度為15-30mg/ml的溶液一；
6、(2)將無紡布浸泡于步驟(1)中的溶液一中2～8h，浸泡完全后用乙醇清洗無紡布，烘干備用；
7、(3)將n,n’,n”-三(3-甲基吡啶基)均苯三甲酰加入dmf溶劑中，充分溶解形成溶液二，濃度范圍為85-200mg/ml(優(yōu)選為100mg/ml)；
8、(4)將烷烴加入到步驟(3)中的溶液二中，dmf與烷烴的體積比為1:1～3(優(yōu)選1：2)，然后加入乳化劑，并充分震蕩，乳化劑為n,n’,n”-三(3-甲基吡啶基)均苯三甲酰質(zhì)量的2％-10％；
9、(5)在機(jī)械攪拌下加入1,4-二芐基溴和步驟(2)處理后的無紡布，繼續(xù)攪拌20-36小時(shí)，用乙醇清洗殘留的未反應(yīng)單體，烘干后得到所述無紡布吸附材料，所述1,4-二芐基溴的加入量與n,n’,n”-三(3-甲基吡啶基)均苯三甲酰的摩爾比例為1.5～3：1(優(yōu)選為2：1)。
10、優(yōu)選地，所述步驟(1)中，氯代硅烷為3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氯丙基三乙氧基硅烷或氯甲基三乙氧基硅烷中的其中一種。
11、優(yōu)選地，所述步驟(1)中，所述無紡布為以聚丙烯、聚酯或尼龍為主要成分的親水無紡布材料。
12、優(yōu)選地，所述步驟(4)中，烷烴為正己烷、正庚烷、環(huán)己烷中的其中一種，優(yōu)選為環(huán)己烷。
13、優(yōu)選地，所述步驟(4)中，所述乳化劑為span-80乳化劑。
14、本發(fā)明解決上述第二個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種無紡布吸附材料的再生方法，其特征在于：將無紡布吸附材料浸泡于鹵化鹽水溶液中，浸泡設(shè)定時(shí)間后用去離子水清洗，然后烘干備用，該無紡布吸附材料采用上述制備方法。
15、在上述方案中，所述鹵化鹽水為溴化鈉。
16、優(yōu)選地，所述鹵化鹽水濃度為5mol/l～7mol/l。
17、本發(fā)明解決上述第三個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種無紡布吸附材料在污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用，其特征在于：該無紡布吸附材料采用上述制備方法。
18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、本發(fā)明以親水性無紡布作為基底材料，其類薄膜片狀結(jié)構(gòu)在水體中可提供更大的比表面積和孔道，同時(shí)具備優(yōu)異的可回收性。另外，本發(fā)明將n,n’,n”-三(3-甲基吡啶基)均苯三甲酰(tmpta)加入dmf溶劑中，配置成濃度范圍在85-200mg/ml的dmf溶液；隨后，將烷烴加入到dmf溶液中，控制dmf與不良溶劑烷烴的體積比在1:1～3范圍內(nèi)，然后加入少量乳化劑，用量控制在單體tmpta質(zhì)量的2％-10％范圍內(nèi)，渦旋混合，充分震蕩后加入1,4-二芐基溴交聯(lián)劑小分子，進(jìn)行乳液聚合，反應(yīng)完全后獲得陽離子多孔聚合物吸附劑。
19、在無紡布上均勻負(fù)載上述合成的高效多孔聚合物吸附劑以進(jìn)行表面改性，該吸附劑對(duì)陰離子有機(jī)染料和酚類污染物具有特異性選擇吸附能力，對(duì)陰離子有機(jī)染料的選擇性吸附機(jī)理來自于靜電相互吸引，該聚合物吸附劑與陰離子有機(jī)污染物相互吸引，與陽離子有機(jī)污染物相互排斥，本身多孔聚合物吸附劑帶正電荷，其正電荷來源于多孔聚合物中合成過程季銨化反應(yīng)所得的吡啶季銨鹽基團(tuán)(結(jié)構(gòu)如式1所示)；對(duì)酚類污染物的選擇性來自于氫鍵相互作用，主要是羥基與酰胺基團(tuán)之間的氫鍵相互作用。總之，本發(fā)明主要依賴于靜電相互作用和氫鍵相互作用，實(shí)現(xiàn)污染物的高效富集。
20、
21、式1.多孔聚合物吸附劑的主要官能團(tuán)示意圖。
22、2、當(dāng)吸附達(dá)到飽和后，可將無紡布吸附材料浸泡于鹵化鹽水溶液實(shí)現(xiàn)吸附劑再生，完成循環(huán)利用。該設(shè)計(jì)兼具高效吸附性能與操作簡(jiǎn)便性，解決了傳統(tǒng)吸附材料回收困難的技術(shù)瓶頸。
23、本技術(shù)的再生機(jī)理為：再生機(jī)理涉及離子交換競(jìng)爭(zhēng)作用和電荷屏蔽效應(yīng)協(xié)同作用，使吸附質(zhì)脫附并恢復(fù)材料吸附容量。具體原因如下：1.離子交換競(jìng)爭(zhēng)吸附：陽離子聚合物吸附劑通常帶有固定的正電荷基團(tuán)(如季銨鹽基團(tuán))，通過靜電作用吸附溶液中的陰離子污染物(如cl-、so42-或有機(jī)陰離子)。再生時(shí)，高濃度的鹵代鹽(如kbr)提供大量抗衡陰離子(br-)。由于溶液中br-的濃度極高，其通過質(zhì)量作用定律與吸附劑表面結(jié)合的污染物陰離子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)，最終將污染物置換下來。高濃度br-的存在顯著推動(dòng)離子交換平衡向解吸方向移動(dòng)，恢復(fù)吸附劑的活性位點(diǎn)。2.雙電層壓縮效應(yīng)：高濃度鹽溶液(如kbr)會(huì)顯著提高溶液的離子強(qiáng)度，導(dǎo)致吸附劑表面雙電層被壓縮。雙電層的壓縮會(huì)減弱靜電吸引力，降低吸附劑與污染物之間的庫侖力，促進(jìn)污染物的解吸；降低表面電勢(shì)，減少吸附劑對(duì)帶電污染物的靜電束縛，加速脫附過程。
24、換言之，本發(fā)明通過將無紡布基底與高效納米微球吸附劑相結(jié)合，形成了一種新型復(fù)合吸附材料，該材料兼具無紡布的機(jī)械強(qiáng)度、親水性和易回收特性，以及納米微球吸附劑的高效吸附性能，在污水處理領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著的操作簡(jiǎn)便性和回收優(yōu)勢(shì)。
25、3、本發(fā)明的制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)合成路線簡(jiǎn)潔，反應(yīng)條件溫和，易于規(guī)模化生產(chǎn)；(2)原料成本低廉，工藝經(jīng)濟(jì)高效；(3)適用于工業(yè)和生活污水的大規(guī)模處理需求，具有良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。該制備方法在材料設(shè)計(jì)和制備工藝上均具有創(chuàng)新性，為解決傳統(tǒng)吸附材料回收困難、成本高等問題提供了可行的技術(shù)路徑。