聚多巴胺仿生构建锆基纳米复合涂层深度净化水中重金属及稳定性机制研究

Trace heavy metal purification is an important guarantee for water quality, and the highly active sub-10 nm particles might be the key approach for the purpose. Herein, we intend to prepare a new nanocomposite by coating sub-10 nm zirconium oxide onto sulfated polystyrene resin with polydopamine adherent interfaces. Such design can readily resolve the possible nanoparticle releases, poor stability by providing a good immobilization technology. The main objectives of the current study are just to conduct systematic study of the performances for heavy metal removal, selective sorption mechanism as well as regeneration evaluation. The strong affinity between polydopamine adherent interface and sub-10 nm zirconium oxides will be verified and the possible mechanism for sub -10 nm stability, exerting by polymeric chains, will also be explained. Afterword, The field column tests will be performed to verify the applicability for the deep purification of trace heavy metal, which provides the important technical supports for water pollution control.

微量重金属高深度净化是水质安全的重要保障，而应用高活性亚-10 nm 粒子极有可能是实现这一目标的关键途径。本项目针对现有载体亚-10 nm 粒子涂层复合材料应用过程中存在纳米粒子易流失、稳定性差、缺乏良好固定化机制的技术瓶颈。提出以聚苯乙烯离子交换树脂为载体，构筑聚多巴胺黏附界面，研制新型亚-10 nm 氧化锆涂层复合树脂。系统研究复合树脂对重金属深度净化行为、选择性机制及再生技术。阐明聚多巴胺黏附界面对亚-10 nm 氧化锆粒子强作用力关系，解析聚多巴胺高分子交联网状结构对粒子稳定性作用机制，进而评价重金属微污染水深度净化性能，为水体安全控制提供理论基础和技术支撑。

重金属废水的深度净化是水质安全的重要保障。本项目研制成功聚多巴胺介导亚10 nm纳米复合材料，探究了聚多巴胺作用下，纳米复合材料对重金属净化特性及机制，阐明聚多巴胺交联结构对纳米粒子稳定性的影响，在此基础上，进行实际污染水体的应用技术评价。本项目发明了一种基于聚多巴胺介导的亚10 nm 复合材料创制方法，较之常规纳米复合材料，纳米粒子形成高密度亚10 nm表面涂层，并表现出优异的重金属吸附活性。聚多巴胺界面纳米粒子涂层结构可实现废水中重金属10 mins 快速吸附去除、高选择性净化（104）和优异的稳定再生性能。此外，聚多巴胺交联限域结构有助于提升亚10 nm粒子界面化学稳定性，在强酸碱、有机络合剂、氧化剂、高温等极端溶液环境下，纳米复合材料仍表现出优异的稳定性。实际废水应用研究进一步证明：1公斤吸附剂可处理8000kg 重金属污染水，远超商品化氧化铁复合树脂。本项目研究为高效、稳定纳米复合材料创制和应用提供借鉴和技术支持。