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基本信息

項(xiàng)目名稱：
新型環(huán)境友好型飲用水微污染物高效吸附劑及凈水器的研發(fā)
小類：
能源化工
簡介：
本研究采用殼聚糖、硅藻土和膨潤土作為聯(lián)合凈水材料，將其以不同的比例混合，制備新型復(fù)合吸附劑。通過吸附劑比表面積、孔隙率的測(cè)定來探索最理想的飲用水微污染高效吸附劑。通過吸附動(dòng)力學(xué)和吸附速率等研究來探索新型吸附劑對(duì)重金屬（Pb、Cd、Cu、Zn）和酚類微污染物（苯酚、4-氯酚）的去除效果。同時(shí)，本研究分析了該吸附劑針對(duì)家用自來水的處理成本，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了使用該吸附劑的一種凈水器，提高了本研究的實(shí)用性。
詳細(xì)介紹：
重金屬和酚類化合物污染已成為影響當(dāng)前飲用水質(zhì)量的主要因素。本研究利用殼聚糖、膨潤土和硅藻土研發(fā)了新型復(fù)合環(huán)境友好型高效水質(zhì)凈化吸附劑，并通過吸附效果實(shí)驗(yàn)，采用BET-N2法以及電子掃描等手段分別測(cè)定吸附劑的比表面積和孔隙率來探索最理想的高效飲用水微污染吸附劑。通過吸附動(dòng)力學(xué)和吸附速率等研究來探索新型吸附劑對(duì)重金屬（Pb、Cd、Cu、Zn）和酚類微污染物（苯酚、4-氯酚）的去除效果。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：殼聚糖-硅藻土和殼聚糖-膨潤土吸附劑的比表面積分別為203.6m2/g和298m2/g，孔徑分布為1-20nm，屬納米材料。同時(shí)，該新型吸附劑能同時(shí)有效去除水中重金屬和酚類微污染物，其對(duì)重金屬（Pb、Cd、Cu、Zn）的去除效率高達(dá)90%，對(duì)酚類微污染物（苯酚、4-氯酚）則是58%-85%之間。此外，經(jīng)成本效益分析可知，本新型復(fù)合吸附劑制作成本低，僅為0.16元/g，其水處理成本約為1.5元/噸。針對(duì)家用自來水處理，本研究進(jìn)一步設(shè)計(jì)了基于本吸附劑的一種簡易凈水器，為新型吸附劑的實(shí)際推廣應(yīng)用提供保證，為發(fā)展安全高效的飲用水復(fù)合凈化劑提供借鑒。

作品圖片

  • 新型環(huán)境友好型飲用水微污染物高效吸附劑及凈水器的研發(fā)
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

1、作品設(shè)計(jì)、發(fā)明目的和基本思路 水體中重金屬和酚類的污染在工業(yè)化進(jìn)程中尤為突出。隨著人們對(duì)飲用水的質(zhì)量要求的提高，飲用水中重金屬和揮發(fā)酚的去除成為解決居民飲用水安全的重要問題。 本研究選擇殼聚糖、硅藻土以及膨潤土作為聯(lián)合凈水材料研制新型復(fù)合吸附劑，通過吸附劑比表面積、孔隙率的測(cè)定來探索最理想的吸附劑；通過吸附動(dòng)力學(xué)和吸附速率等研究來探索新型吸附劑對(duì)重金屬和酚類微污染物的去除效果。此外，為緩解中國小區(qū)水源因輸水管網(wǎng)而造成的污染問題，項(xiàng)目設(shè)計(jì)了基于本吸附劑的家用自來水簡易凈水器，為新型吸附劑的實(shí)際推廣應(yīng)用提供保證，為發(fā)展安全高效的飲用水復(fù)合凈化劑提供借鑒。 2、作品的創(chuàng)新點(diǎn) 本新型復(fù)合吸附劑以殼聚糖、硅藻土和膨潤土為基質(zhì)，具有環(huán)境安全性和廉價(jià)的特點(diǎn)；采用物化強(qiáng)化與化學(xué)復(fù)合的方法，提高吸附劑的可利用性。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，該新型吸附劑能同時(shí)有效去除水中重金屬和酚類微污染物，其對(duì)重金屬的去除效率高達(dá)90%，對(duì)酚類微污染物則是58%-85%之間。適用于微污染飲用水的終端處理，尤其針對(duì)我國老舊小區(qū)家庭使用設(shè)計(jì)了一種簡易凈水器，為新型吸附劑的推廣應(yīng)用提供了技術(shù)保證。 3、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)關(guān)鍵：高比表面積吸附材料的測(cè)定、納米孔徑吸附材料的測(cè)定、重金屬的吸附效率、酚類微污染物的吸附效率。 主要技術(shù)指標(biāo)： 高比表面積吸附材料：比表面積達(dá)200m2/g以上；納米孔徑吸附材料：孔徑達(dá)納米級(jí)；重金屬的吸附效率：吸附率達(dá)80%以上；酚類微污染物的吸附效率：吸附率達(dá)60%以上。

科學(xué)性、先進(jìn)性

1. 作品的科學(xué)性 通過BET-N2法測(cè)定可知，兩種新型吸附劑具有較大的比表面積，分別為203.6m2/g和298m2/g。通過孔徑分布圖分析發(fā)現(xiàn)，兩種吸附劑的孔徑范圍分布均在1-20nm之間，屬典型的納米材料。由吸附效果實(shí)驗(yàn)可知，新型吸附劑能高效去除水中的重金屬（Pb、Cd、Cu、Zn），去除率均達(dá)90%以上；新型吸附劑對(duì)酚類微污染物具有一定的去除效果，苯酚和4-氯酚的去除率分別為59%和85%。 2. 作品的先進(jìn)性 1）本研究選擇殼聚糖、硅藻土以及膨潤土作為聯(lián)合凈水材料研制新型復(fù)合吸附劑，成本低，經(jīng)濟(jì)效益高，克服了活性炭影響水的色度、不易過濾、吸附效率低等缺點(diǎn)。 2）該新型吸附劑比表面積較高，均大于200m2/g。同時(shí)，復(fù)合硅藻土、膨潤土具有重金屬螯合作用，能夠同時(shí)吸附多種重金屬與揮發(fā)酚，對(duì)苯酚和4-氯酚的去除率分別為59%和85%，而對(duì)重金屬鉛等去除率超過99%。 3）本研究針對(duì)家用自來水處理，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了基于該吸附劑的一種凈水器，極大提高了本研究的實(shí)用性。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

（1）2011年3月，第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競賽，學(xué)院二等獎(jiǎng)； （2）2011年4月，第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競賽，校一等獎(jiǎng)。

作品所處階段

本研究目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

按照學(xué)校規(guī)定。

作品可展示的形式

圖紙：凈水器表觀圖 圖片：新型吸附劑成品圖、內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖等 樣品：不同比例的新型吸附劑成品

使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

1.使用說明 本作品研制的新型吸附劑配合凈水器使用。在日常的家庭生活中使用時(shí)，將吸附劑填充到凈水器中，將凈水器的螺紋處與水龍頭旋緊，水流過球狀器皿中，與吸附劑接觸，凈化飲用水。 2.作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) 1)所選凈水材料安全無毒，其研制的新型吸附劑比表面積大，屬于納米材料，且能同時(shí)吸附多種重金屬與酚類微污染物。 3)研究設(shè)計(jì)的凈水器，使用方便，成本低，為新型吸附劑的推廣應(yīng)用以及居民生活飲用水微污染的治理提供保證。 4)本研究正在申請(qǐng)三項(xiàng)專利，技術(shù)正在逐漸成熟。 3.作品的適應(yīng)范圍及推廣前景 本研究作品在水質(zhì)凈化領(lǐng)域有較好的發(fā)展前景，新型吸附劑能夠高效吸附水中重金屬和酚類微污染物，配合凈水器使用，能擴(kuò)大其在實(shí)際生活中的應(yīng)用。 4.市場分析及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) 新型吸附劑制作成本低，僅為0.16元/g，其噸水處理的成本約為1.5元，具有明顯價(jià)格優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，其在使用過程中具有安全、環(huán)保、高效的特點(diǎn)。這能滿足目前人們對(duì)飲用水處理設(shè)備和材料的高需要，擴(kuò)大其在飲用水凈化領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

同類課題研究水平概述

近年來，由于環(huán)境污染和飲用水資源的日益破壞，飲水資源的污染已成為世界性的重要問題。我國飲用水安全同樣面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，其主要隱患有工業(yè)污染（殘留農(nóng)藥、重金屬、各種揮發(fā)性有機(jī)化合物等）及氯化消毒副產(chǎn)物等。 從研究方法看，傳統(tǒng)的凈水工藝采用混凝-沙沉-投氯消毒，該法雖能使水澄清，消除水傳染病原菌，但不能有效去除有機(jī)物及病毒。而隨著吸附工藝在各個(gè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，吸附法成為水處理中較為成熟有效的方法之一，具有應(yīng)用范圍廣、處理效果好、吸附劑可重復(fù)使用等特性。 從凈水材料看，隨著吸附法的推廣應(yīng)用，各種吸附材料在凈水領(lǐng)域得到廣泛地研究，研究較多的包括活性炭、活性炭纖維(ACF)、殼聚糖、離子交換樹脂等。 1) 活性炭是最為常用的吸附劑，它的吸附能力強(qiáng)，可以有效去除水中的有機(jī)物、重金屬以及異嗅異味。但活性炭對(duì)極性較大的有機(jī)小分子吸附能力較差，且其再生利用過程較為復(fù)雜。近年來，環(huán)境界越來越重視各種安全高效吸附材料的研制開發(fā)。 2) 我國ACF工業(yè)起步不久，生產(chǎn)規(guī)模較小。ACF能有效吸附水源水和飲用水中的有機(jī)物，特別適用于去除ppm、ppb級(jí)乃至更低濃度的水中有機(jī)物，其吸附容量比粒狀活性炭高2-3倍，但其價(jià)格昂貴，限制其廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)外文獻(xiàn)尚無工業(yè)裝置實(shí)際使用ACF的公開報(bào)道，大多尚處于研究階段。 3) 殼聚糖可以有效去除三氯甲烷、二氯乙烷等具有變異性或致癌性的消毒副產(chǎn)物，對(duì)飲用水中的細(xì)菌也有一定的滅菌作用。日本科學(xué)工作者木船弘爾等人發(fā)現(xiàn)，由殼聚糖作凈水劑，對(duì)除去自來水中的上述變異性及致癌性物質(zhì)尤為有效。但殼聚糖在酸性條件下具有可溶性，內(nèi)部結(jié)構(gòu)為非多孔性等，克服這些缺陷是開發(fā)應(yīng)用殼聚糖及其衍生物的重要方向。 4）樹脂吸附法是近年來發(fā)展起來的一種新技術(shù)，采用高分子合成的樹脂具有空隙多，比表面積大，再生方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。其對(duì)水中色、嗅、味及各種微量有機(jī)污染物有很高的去除效率，用樹脂吸附取代活性炭吸附水源水中的有機(jī)污染物已引起廣泛的關(guān)注。但是，離子交換樹脂在使用過程中容易被污染，當(dāng)交換基團(tuán)“降解”或交聯(lián)鍵斷裂時(shí)，樹脂結(jié)構(gòu)遭到破換，產(chǎn)生不可逆的污染。目前由于樹脂的生產(chǎn)成本和售價(jià)相對(duì)較高，工藝尚處于研究開發(fā)階段，應(yīng)用相對(duì)較少。 綜上所述，國內(nèi)外對(duì)飲用水的凈化工藝作的研究不斷加深，但飲用水污染隨著工業(yè)進(jìn)程的推進(jìn)仍將不斷惡化，高效的凈水設(shè)備和凈水材料的研究和開發(fā)是當(dāng)前全球的急切需要。
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