无机-有机杂化材料应用于选矿废水中微细颗粒及重金属离子去除的研究取得重大进展

　　选矿废水排放量约2亿吨/年，占全国工业废水的10%，直接排放将造成对环境的污染和水资源的极大浪费，因此实现选矿废水循环回用具有巨大的经济和社会效益。微细颗粒及重金属离子是制约废水回用的两大关键因素，将直接导致后续浮选指标的恶化。陈运法课题组针对微细颗粒和重金属离子的高效去除，设计合成了无机-有机杂化材料，实现了功能基团的充分利用和无机与有机组分吸附机理的高效协同。研究取得的重大进展如下： 

　　（1）针对脉石成分颗粒比重低、粒度细、表面带负电的特点，设计合成具备星型结构的氢氧化铝-聚丙烯酰胺杂化材料，用于氰化尾矿悬浮液的絮凝处理。结果表明，颗粒粒度越细，该材料的絮凝优势越明显，且与聚丙烯酰胺相比，该材料可将悬浮液的初始沉降速率提高9倍以上，浊度去除率提高19倍以上。目前实验室完成了公斤级产品的放大生产，并将其应用于陶瓷废水的处理，该材料可在市售絮凝剂正常用量1/3的条件下达到与市售絮凝剂相当的絮凝效果。相关研究成果发表在Minerals Engineering（2016, 89, 108–117）和Water Science and Technology（DOI: 10.2166/wst.2017.422, in press）上。 

　　（2）在氢氧化铝-聚丙烯酰胺高效杂化结构的基础之上，往聚丙烯酰胺侧链中引入二硫代氨基甲酸盐基团，同时实现微细颗粒的絮凝及重金属离子的螯合。该螯对Cu2+的饱和吸附量可达6.515 mmol/g，Pb2+的饱和吸附量可达4.312 mmol/g，并在含正电微细颗粒和重金属离子二元体系废水的处理中对重金属离子及浊度去除率均达到97%以上，对负电微细颗粒的浊度去除率也可达80%。相关研究成果发表在Journal of Applied Polymer Science（2017, 134, 45431）上，并作为当期的封面文章。 

　　（3）在材料氢氧化铝-聚丙烯酰胺-二硫代氨基甲酸盐的基础之上，引入阳离子单体合成高分子共聚物，以合理调整材料的载荷量。该材料更好地适用于负电微细颗粒与重金属离子的共存体系，可实现高达95%以上的浊度去除率以及90%以上的重金属离子去除率。该材料对Cu2+和Pb2+的饱和吸附量分别可达4.965mmol/g和2.834mmol/g。相关研究成果发表在Journal of Environmental Sciences（https://doi.org/10.1016/j.jes.2017.08.026, in press）上。 

　　该研究得到了国家自然科学基金（51202249）、863计划（2011AA06A104）和中国科学院战略先导计划（XDA09040100）的支持。