南开大学科技成果——聚合物絮凝剂和螯合树脂去除水中重金属
螯合树脂
工作原理
絮凝沉淀法是选用无机絮凝剂（如硫酸铝）和有机阴离子型絮凝剂聚丙烯 酰铵（PAM）配制成水溶液加入废水中，便会产生压缩双电层，使废水中 的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花。 絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀，从而去除废水中 的大量悬浮物，从而达到水处理的效果。为提高分离效果，可适时、适量 加入助凝剂。处理后的污水在色度、含铬、悬浮物含量等方面基本上可达 到排放标准，可以外排或用作人工注水采油的回注水。
螯合树脂及絮凝剂
螯合树脂 简介
概念、结 构机理
分类、性 能、制备 方法
应用及发 展
概念回顾
螯合物： 是配合物的一种，在螯合物的结构中，一定
有一个或多个多齿配体提供多对孤对电子与中心体形成 配位键。 螯合效应：螯合剂与某些金属离子形成稳定的络合物 的效应
螯合树脂：是指含有能与金属离子形成螯合物（吸附金属离子）的分离
二：根据组成螫合树脂的母体分类 根据组成螯合树脂的母体可将螯合树脂分为人工合成母体类和天然高分 子 材料类。人工合成母体类螯合树脂常见的有聚苯乙烯类、聚丙烯酸类、 聚乙烯醇类等；以天然高分子材料为母体的螯合树脂常见的有纤维素类、壳 聚糖类以及淀粉类等。
三：根据螫合基团在高分子链中的位置分类 根据螯合基团的位置在高分子主链中还是悬挂在高分子侧链上可以将螫合 树脂分为主链型、侧链型以及功能基同时存在于主链和侧链的螯合树脂。
改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟 基、磷酸根等以增加配位络合能力，从而改变絮凝效果。其可能的 原因是：某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形态结构及分布， 或者是两种以上聚合物之间具有协同增效作用。 3）改性的多阳离子无机絮凝剂，聚合硫酸氯化铁铝(PAFCS)在饮用水 及污水处理中，有着比明矾更好的效果；在含油废水及印染废水中 PAFCS比PAC的效果均优，且脱色能力也优；絮凝物比重大，絮 凝速度快，易过滤，出水率高；其原料均来源于工业废渣，成本较 低，适合工业水处理。铝铁共聚复合絮凝剂也属这类产品，它的生 产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统无机絮凝剂，来源广，生产 工艺简单，有利于开发应用。铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的 混合物，它是一种更有效地综合了PAC和FeCl3的优点，增强了去 浊效果的絮凝剂。
重金属废水处理方法
1.3 重金属废水处理方法现代水处理技术，按原理可分为化学处理法，物理处理法和生物化学处理法3大类[6]。
生物法处理无机重金属离子废水的技术正在积极的研究和试用中。
化学法是利用化学反应的作用，分离回收污水中处于各种形态的污染物质（包括悬浮的、溶解的、胶体的等）。
主要方法有中和、混凝、电解、氧化还原等。
⑴中和沉淀法：投加碱中和剂，使废水中重金属离子形成溶解度较小的氢氧化物或碳酸盐沉淀而去除的方法。
碱石灰(CaO)等石灰类中和剂，价格低廉，可去除汞以外的重金属离子，工艺简单，处理成本低[7]。
但沉渣量大，含水率高，易二次污染，有些重金属废水处理后难以达到排放标准。
⑵硫化物沉淀法：硫化物沉淀法的沉淀机理是：废水中的重金属离子与S2-结合生成溶解度很小的盐。
操作中应该注意以下几个方面：①硫化物沉淀一般比较细小，易形成胶体，为便于分离应加入高分子絮凝剂协助沉淀沉降；②硫化物沉淀中沉淀剂会在水中部分残留，残留沉淀剂也是一种污染物，会产生恶臭等，而且遇到酸性环境产生有害气体，将会形成二次污染[8]。
⑶铁氧体沉淀法：FeSO4可使各种重金属离子形成铁氧体晶体而沉淀析出。
经典铁氧体法能一次脱除多种重金属离子，设备简单，操作方便[9]。
但不能单独回收重金属。
铁氧体法工艺流程技术关键在于：①Fe3+:Fe2+ =2:1，因此，Fe2+的加入量，应是废水中除铁以外各种重金属离子当量数的2倍或2倍以上；②NaOH或其碱的投入量应等于废水中所含酸根的0.9～1.2倍浓度；③碱化后应立即通蒸汽加热，加热至60～70℃或更高温度；④在一定温度下，通入空气氧化并进行搅拌，待氧化完成后再分离出铁氧体。
铁氧体法处理含重金属离子的废水，能一次脱除废水中的多种金属离子，对脱除Cu， Zn，Cd，Hg，Cr等离子均有很好的效果。
物理法是利用物理作用分离污水中呈悬浮固体状态的污染物质。
主要方法有离子交换法，沉淀法，上浮法，气浮法，过滤法和反渗透法等。
纯化水制备流程
纯化水制备流程概述纯化水是指经过一系列处理步骤后，去除了杂质、离子、有机物质等不纯物质的水。
它广泛应用于实验室研究、制药、半导体制造、化工等领域。
本文将详细介绍纯化水的制备流程，包括原水处理、预处理、离子交换、膜分离和消毒等步骤。
原水处理原水通常来自自来水管道或地下水源，其含有各种杂质和离子，需要进行预处理才能得到纯净的水。
原水处理步骤如下：1. 沉淀原水中的可悬浮颗粒物会通过沉淀的方式被去除。
这通常通过添加絮凝剂，如铝酸盐或聚合物，来促使悬浮物聚集成较大的颗粒。
随后，使用沉淀池或沉淀罐使颗粒物沉积，从而使水中悬浮物浓度降低。
2. 过滤经过沉淀后的水仍然可能含有微小的颗粒和悬浮物。
过滤可以进一步去除这些杂质。
常用的过滤介质包括石英砂、活性炭和滤纸等。
不同的过滤介质可以根据需求来选择，以达到去除特定颗粒和杂质的目的。
3. 活性炭吸附活性炭是一种强大的吸附剂，可以去除有机物质、异味和色素等。
将过滤后的水通过活性炭床，活性炭的大表面积能够吸附水中的有机化合物和氯等物质，从而提高水的纯度和质量。
预处理预处理旨在去除水中的硬度、金属离子和溶解性盐，以减少对后续纯化步骤的影响。
常见的预处理方法有：1. 过氧化氢处理过氧化氢可以氧化有机物和金属离子，从而使其变为可沉淀或可过滤的物质。
这种处理方法通常用于去除水中的有机物质和重金属。
2. pH调节水的pH值对后续的纯化步骤有较大影响。
通常使用酸或碱调节水的pH值，将其调节至适宜的范围。
这有助于减少溶解性盐的沉淀和防止膜污染。
3. 硬度调节硬度是指水中的钙、镁等金属离子含量。
高硬度的水对纯化过程会产生不利影响。
通过添加螯合剂或离子交换树脂等方法，可以降低水中的硬度，减少对后续纯化步骤的干扰。
离子交换离子交换是一种常用的纯化水方法，通过离子交换树脂去除水中的离子。
离子交换步骤如下：1. 离子交换树脂选择根据水中离子的种类和浓度，选择合适的离子交换树脂。
阴离子交换树脂适用于去除阴离子离子，阳离子交换树脂适用于去除阳离子离子。
重金属废水污染及治理技术
重金属废水污染及治理技术摘要：在目前的生产生活中，人们逐渐加深了对环境保护的关注，节能减排是现在各行各业得以可持续性发展的关键。
目前重金属污染问题十分严重，重金属废水污染治理是人们首要需要研究治理的课题之一。
本文主要是对重金属废水污染的程度、现状以及重金属废水污染的治理技术进行了简要的探讨。
关键词：重金属；废水处理；污染引言：重金属是指汞、铬、铅等具有生物毒性的元素物质，他们多以物理或化学形态存在于水体、土壤和大气当中，在环境中慢慢的累积会导致重金属污染的产生。
由于采矿事业的发展，重金属废水污染问题逐渐的加剧，重金属废水污染问题的治理，也逐步成为人们目前关注的焦点。
人们在不断的采取有效措施，对废水进行治理，恢复被污染的水体。
一、重金属污染的危害随着工业化程度的加深，工业废物的排放和治理不及时导致了重金属物质的污染超标。
重金属物质极难消解，当其在水体中过度堆积的时候会造成水体的污染，进而影响到水生植物和水生动物，对整个水体的生态系统都造成严重的破坏。
还会通过食物链的传递，直接影响到人类的健康安全。
在矿产、机械制造、化工、电子等等多个行业都会产生大量的重金属废水和污染，这些对人类的生活环境和人类自身的健康都产生了极大的威胁。
重金属废水的排放会污染整个生态环境。
除此之外，水体中的重金属污染还有自然源，如岩石风化的碎屑产物可能含有重金属物质，通过自然途径进入水体中，可能会加剧水体的重金属污染。
当人类通过各种渠道过度摄入重金属后，会导致畸形、肾脏受损、动脉硬化等等健康问题。
目前，婴幼儿的畸形、儿童砷中毒、铅汞中毒等等现象时有发生，这都表明重金属废水污染会威胁到人类生命安全的发展以及生态环境的平衡。
因此，必须要对重金属污染物进行有效的治理，通过合理的方案，采取高科技的技术水平，采用有效的方法来解决重金属废水污染问题，恢复水体的安全和清澈，保证人类的生命安全。
二、重金属污水处理的技术发展治理重金属污染的方法主要有三种：一是化学法，二是物理法，三是生物法。
水凝胶在环境污染治理中的应用
水凝胶在环境污染治理中的应用杨莉;朱杨志;张旭;李锋;李豪【摘要】水凝胶是一种具有三维网络结构的高分子材料,能在水中显著溶胀、保持其原有结构和性能的同时,对外界刺激作出响应,广泛应用于很多领域.主要综述了水凝胶在环境污染治理中的应用现状,并对其未来的发展进行了简要展望.%Hydrogel was a kind of polymer materials with three-dimensional network structure, which can maintain its original structure after swelling in water, and respond to foreign stimulates, which was widely used in many areas. The mainly review its application status of hydrogel in environmental pollution control. Meanwhile the future development was briefly prospected.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2013(042)002【总页数】3页(P367-369)【关键词】水凝胶;环境污染;应用【作者】杨莉;朱杨志;张旭;李锋;李豪【作者单位】长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054;长安大学环境科学与工程学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】X506随着现代工业的发展，当今社会面临着资源日益枯竭，环境人为破坏等诸多严峻威胁。
在环境污染治理的探索中，新型材料的开发已成为一种有益的尝试，并逐渐发展为环境工程研究的热点。
百项 - 南开大学-环境科学与工程学院-
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2015年南开大学“国家大学生创新创业训练计划”拟立项项目（公示）
项目编号 学院 项目名称 生物炭负载纳米铁降解土壤中阿特拉津研 究 城市扬尘中抗生素抗性细菌及抗性基因的 研究 根系分泌物/细胞胞外聚合物对氧化石墨 烯环境行为及生物效应的重塑 浮萍对硼的毒害响应及去除研究 学生姓名(学号) 陈诗(1310985) 宝双慧(1411052) 陈雯铃 (1310986) 韩小红(1310975) 周昊(1311021) 旷宇(1310977) 李昭环 (1311027) 王恒谦(1311017) 贾立生(1310976) 高越(1311051) 方重(1311046) 指导 教师 孙红文 罗义 胡献刚 刘春光 于凯 马小东 王莹莹 资助经 费(元) 30000 30000 30000 30000 30000 30000 30000 30000 30000 30000 30000
汤卓玄(1311037) 盛雪洁(1311034) 李斌(1411005) 周明华
简析水体重金属污染与防治
简析水体重金属污染与防治摘要：随着工业的发展和人口的不断增加,重金属排放造成的环境污染问题不断凸显,近年来,水体的重金属污染日趋加剧已成为不争的事实,水环境重金属污染不但造成了重大经济损失,还对水生生态系统平衡及人类生命健康都带来了极大的破坏。
因此,加强对重金属污染的研究显得尤为重要。
本文介绍了目前我国水体重金属污染的现状,探讨了重金属污染对生态环境和人体健康的危害,总结了水体重金属污染的治理方法。
关键词：水体重金属；现状；危害；方法1 引言水是生命之源，也是人类宝贵的自然资源，地球表面的四分之三被水覆盖，但淡水资源约占水资源总量的2.5%，因此可利用的淡水资源却非常短缺。
而随着工业的迅速发展，工业废水、生活污水的任意排放使得水体污染日益严重。
水体中重金属的污染也由单一型向混合型转变，部分地区水体重金属超标，严重危害人类及动植物的生存。
因此，合理处理水体中的重金属，减少其对环境的危害是非常必要的。
2 水体重金属污染概况2.1 重金属重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染。
主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。
如日本的水侯病和痛痛病分别由汞污染和镉污染所引起。
重金属污染主要分为水体重金属污染、大气重金属污染、土壤重金属污染。
自然界的重金属主要分布在大气、水体和土壤中。
重金属通过胶体吸附与解析、絮凝聚陈、沉淀溶解、氧化还原等多种途径，在大气、水体和土壤中循环转换[1]。
重金属污染（主要Pb、Cd、Hg、As等）不仅破坏了水体的自净能力，而且对水域内鱼、虾的正常繁殖和生存造成严重威胁，如果用受重金属污染的水进行农业灌溉，将会导致受灌溉区域土壤重金属含量超标，进而影响作物品质和产量。
2.2 水体重金属污染来源一般情况下，水体的重金属污染主要来源于三类，第一类源于自然界，如火山喷发、地壳运动、大气沉降等。
第二类源于人类的日常活动，如化肥农药、生活垃圾、饲料养殖粪便、废旧电池的任意使用和排放。
南开大学科技成果——聚氯乙烯(PVC)低汞、无汞催化剂
南开大学科技成果——聚氯乙烯（PVC）低汞、无汞催化剂成果简介：
目前乙炔法生产PVC的催化剂，几乎全部采用氯化汞催化剂。
大量使用汞触媒带来的结果，不仅是汞资源的迅速枯竭，更重要的是恶劣的环境污染，汞污染造成的连锁反应，对人类生活产生了极大的负面影响。
为确保我国乙炔法PVC和氯碱产业的安全发展，有序推进汞减排，有关部门的对策是：2012年，实现电石法PVC行业低汞触媒普及率达到50%，并全部合理回收废汞触媒；到2015年，全行业全部使用低汞触媒，废汞触媒回收率达到100%。
南开大学与国内重要PVC生产企业合作，工业放大制备的低汞触媒的工业试用时间已超过8000小时，并表现出极高的催化活性，催化剂性能全面达到国家HG/T4192-2011氯乙烯合成用低汞触媒化工行业标准要求。
有效解决乙炔法PVC行业汞消耗量大和汞污染问题，研发和使用无汞触媒取代含汞触媒是最终解决方案。
南开大学在相关单位的支持下，研发无汞催化剂的实验室阶段已取得重大进展，寻求与有关企业合作，尽快完成中试侧线实验，为早日实现无汞催化剂乙炔法PVC 绿色生产贡献力量。
知识产权情况：
该项技术已申请国家发明专利：201110023199.6，一种用于制备氯乙烯的低汞催化剂的制备方法；201110359617.9，一种用于合成氯乙烯的低汞复合催化剂及其制备方法。
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南开大学科技成果——聚合物絮凝剂和螯合树脂去
除水中重金属
现代工业高速发展的同时也对环境造成了污染，重金属对水体的污染极大程度地损害了农、林、牧、渔等产业的发展，同时也对人民的健康和生命造成威胁。
因此有必要对被重金属污染的水体进行综合性治理。
本项目提出联合使用聚合物絮凝剂和螯合树脂（包括螯合纤维）对水中重金属的去除提出治理方案。
1．使用天然壳聚糖作絮凝剂对重金属污水进行预处理
甲壳素可从虾蟹壳中提取获得，是可再生资源。
甲壳素在地球上的含量仅次于纤维素年产量约在1010t～1011t。
但是由于各种原因，该资源大部分被浪费。
壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物。
近年来我国对以甲壳素、壳聚糖衍生物作为金属离子吸附剂（鳌合剂）、水处理絮凝剂及分离膜材料应用于水处理的研究很活跃。
壳聚糖对重金属离子有很好的吸附作用，可以去除Zn2+、Cu2+、Cd2+、Ag+、Cr3+、Ni2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子。
壳聚糖的吸附能力受重金属离子的浓度、pH值、温度、时间及配比等因素影响。
如对无机汞和高毒性有机汞（如：CH3HgCl等）有很好的捕集效果，当Hg2+浓度低于200mg/L、pH<7、壳聚糖与Hg2+的比值为1：13时，Hg2+的去除率为99-81%，剩余的Hg2+可以通过螯合树脂处理后排放。
壳聚糖絮凝剂对工业废水中Pb2+、Cr3+、Cu2+回收，在离子浓度是100mg/L的废水200mL中加入10mg壳聚糖，处理后溶液中Cr3+、
Cu2+浓度都小于0.1mg/L，Pb2+浓度小于1mg/L。
壳聚糖-活性炭吸附剂对重金属Cd2+、Cu2+、Zn2+有很好的吸附作用，当pH为6，投加量为4g/L，壳聚糖-吸附剂对Cd2+、Cu2+、Zn2+去除率分别可以达到90.9%、97.4%和95.9%。
2．使用氨基膦酸螯合树脂对预处理后等重金属超标废水精制可达到国家排放标准
氨基膦酸树脂（简称APAR）是以-CH2NHCH2P(O)(OH)2为功能基的一类螯合树脂。
由于功能基上同时含有N和O等配位原子，它能与多种金属离子形成比较稳定的配合物，性能优良。
该树脂已于上世纪末在南开大学化工厂工业化生产。
该树脂主要用于氯碱工业离子膜法制烧碱对一次盐水进行处理，使其中的Ca2+、Mg2+、Fe2+离子的含量小于50ppb。
该树脂曾获天津市科技进步二等奖。
大孔氨基膦酸型鳌合树脂是在苯乙烯-二乙烯苯大孔共聚物珠体上进行功能基化，而制备的既含O又含N的新型的含磷高分子螯合剂，它能与Cu2+、Pb2+、Mn2+、Fe2+、Mg2+、Ca2+等多种金属离子形成比较稳定的螯合物，所以氨基磷酸树脂主要应用于二价金属的回收及从含微量有害金属与大量碱金属离子共存的废水中将有害金属选择除去，其树脂用量少，设备小型化，是除去有害金属的经济有效的方法。
以去除汞为例，T=25℃，pH=6.0时，树脂吸附汞的静态饱和吸附容量为：581.9mg/g树脂；用25ml、0.5mol/L HCl作洗脱剂时洗脱率为97%；用0.2~0.3mol/L的EDTA作洗脱剂时洗脱率可以达到99%以
上。
3．使用辐照接枝制备功能化离子交换纤维实现对重金属废水的处理
目前已建有等辐照站，主要用于消毒灭菌。
由于供大于求，因此处于吃不饱状态。
使用辐照法对PP纤维进行辐照接枝丙烯酸，制备弱酸性离子交换纤维。
该纤维对各种重金属离子有优良的吸附性能。
该纤维的特性是制备方法简单，成本较低，吸附和解吸速率快，对多种重金属离子有效。
同时也解决了辐照站设备闲置的问题。
我们曾经使用接枝丙烯酸纤维作为弱酸性离子交换剂，对在Mg2+，Ca2+，Cr3+，Co2+，Ni3+，Cu2+，Ag+，La3+，Pb2+九种离子共存的条件下进行选择性吸附，发现在pH=5，离子浓度为40ppm的条件下接枝丙烯酸纤维对这九种离子的动态吸附表现出了较高的选择性。
接枝纤维对Cu2+，La3+，Pb2+离子的吸附占总吸附量的89.57%。
然后用1MHNO3做脱附剂，只需要近似等当量的硝酸就可以实现这种离子交换纤维的完全脱附。
然后针对Cu2+，La3+，Pb2+三种离子进行了静态和动态吸附试验，测定了接枝纤维对Cu2+，La3+，Pb2+三种离子的最大吸附量分别为107.48mg•g-1，246.41mg•g-1，150.20mg•g-1。
且该接枝纤维对每种已吸附的离子都可以仅仅用近似等当量的硝酸即可达到完全洗脱。
综上所述，综合使用壳聚糖、氨基磷酸树脂、接枝纤维可以使重金属污水的处理技术提升一个新的台阶。
在实现重金属废水治理的同时建立环保产业链。
一方面利用甲壳素原料方面的优势，建立生产壳
聚糖的工厂。
另一方面扩大氨基磷酸树脂的产量和使用范围。
此外还可以解决辐照站资源浪费问题。
达到一举多得的目的。