基于新型吸附剂吸附的水体中亲水性有机污染物及重金属的应急处置原理与技术

基于我国水污染突发事件逐年增加，亟需快速、便捷的应急处置技术，本项目针对突发性水污染事件特点，通过对单体、致孔剂、交联剂等合成条件及方法的调控，研发对重金属及亲水性有机污染物有广谱性吸附能力的纤维状吡啶树脂吸附剂，克服传统颗粒状吸附剂吸附容量低、吸附速率慢、易受天然有机质及水体中无机离子干扰的缺陷；研究天然有机质及无机盐存在时，常见有毒物质在纤维状吡啶树脂吸附剂上的界面作用机制；对比颗粒状树脂吸附剂及活性炭，通过吸附热力学、动力学研究，吸附质－吸附剂作用力分析，pH值、无机盐对吸附的影响，研究目标污染物在新型吸附剂上的吸附行为和作用机理；为突发性水污染事件应急吸附材料的研发和应用提供理论基础和技术支撑。

针对近几年我国突发水污染事件频发、亟需高效应急处置技术这一重大实际需求，本项目以纤维状新型应急吸附材料的研发与应用为目标，以高分子纤维为基体，通过聚合反应制备系列新型纤维状应急吸附材料，用于水中重金属离子和亲水性有机污染物的吸附去除。所研发的聚酯纤维、聚乙烯纤维为基体，通过接枝聚合反应制备新型纤维状应急吸附材料，对水中铜、镍、镉、铅等重金属离子以及亲水性芳环有机污染物有优良的吸附性能，其对重金属离子的平衡吸附量比传统离子交换纤维高40%以上，吸附速率比传统颗粒状树脂高50%以上，且脱附再生性能稳定；以聚乙烯醇和聚氨酯海绵为基体，制备新型海绵状应急吸附材料，其对水中重金属离子同样表现出优良吸附-脱附性能。利用固体核磁共振技术、XPS图谱、红外图谱等表面分析技术揭示上述新型吸附材料的吸附作用机制主要为吸附材料表面功能基团的螯合作用与离子交换作用，通过吸附热力学、吸附动力学研究阐明新型吸附材料的吸附机理是熵推动的自发吸附过程，研究还表明新型应急吸附材料对水中共存背景离子有较好的抗干扰性，具有较高的实际应用价值。在此研究基础上，将吸附、混凝等技术进行耦合，设计开发突发水污染应急处置系统与集成技术。. 围绕上述研究成果，项目合成7种新型吸附材料，发表相关SCI论文10篇（其中影响因子大于3.0以上的3篇），申请相关国家发明专利7项，授权发明专利5项，培养硕士研究生3人。