CN101623623A - 壳聚糖-氧化铁复合吸附除砷材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种壳聚糖－氧化铁复合吸附除砷材料的制备方法，属于水处理技术领域。在制备壳聚糖水凝胶的基础上，以其凝胶球作为母体，负载氧化铁，并进行交联处理，得到新型有机、无机复合材料——壳聚糖－氧化铁复合吸附除砷材料，该材料吸附容量大，吸附效率高，吸附选择性强，耐酸性强且便于固液分离，是一种环境友好、价廉易得的材料，具有较好的应用前景。

Description

壳聚糖-氧化铁复合吸附除砷材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖-氧化铁复合吸附除砷材料的制备方法，属于水处理技术领域。

背景技术

近年来饮用水中砷污染和砷中毒问题越来越引起关注，相关的环境污染事故也频频发生，饮用水砷浓度标准越来越严，采用经济有效的方法和材料除砷的任务更为紧迫。目前国内外用于除砷的方法主要有混凝沉淀法、吸附法、离子交换法和化学沉淀法等。其中吸附法成本低、工艺简单、效率高，是微量砷污染净化的理想方法。常用除砷吸附剂包括二氧化钛、活性氧化铝、水合氧化铁、锰氧化物、活性炭等。鉴于目前对砷污染净化的要求更为迫切，仅靠这些材料进行除砷难以满足水质净化的需要。寻找吸附容量大、吸附效率高的新型吸附除砷材料己成为国内外重要研究课题。

壳聚糖具有良好生物降解性和反应活性，无毒无害，其前体物甲壳素在自然界分布广泛、数量多，具有很大开发利用价值。壳聚糖分子链上存在大量活性基团，其对重金属离子的螯合、吸附能力已经受到肯定，但其对于以阴离子形式存在的无机砷的吸附效果并不理想。同时传统的壳聚糖吸附剂多为粉末状固体，难以实现固液分离，不但影响出水水质而且增加使用成本。另外壳聚糖在酸性条件下易溶解，极大地限制了壳聚糖的pH适用范围。

铁的氧化物对砷的吸附效果好，吸附容量大，选择性强，且易于制备、价格低廉。但铁氧化物颗粒细小，机械强度差，直接应用时水流压力损失大，且难以实现固液分离，易造成二次污染，限制了其直接作为除砷吸附剂的应用。

发明内容

针对现有吸附材料的局限和缺陷，本发明提供了一种吸附容量大、吸附效率高、吸附效果稳定、吸附选择性强、耐酸性强且便于固液分离的壳聚糖-氧化铁复合吸附除砷材料的制备方法。

在制备壳聚糖水凝胶的基础上，以其凝胶球作为母体，负载氧化铁以增强吸附能力和吸附选择性，并进行交联处理，得到新型有机、无机复合材料——壳聚糖-氧化铁复合吸附除砷材料。该吸附剂是一种粒径为3～4mm的红褐色球形固体颗粒，干燥样品中氧化铁含量达56％～70％。其制备方法如下：

(1)凝胶球的制备：将1～1.5g壳聚糖溶解到50mL体积分数为2％～5％的乙酸溶液中，得到壳聚糖凝胶液；将壳聚糖凝胶液滴加到3％～5％的NaOH溶液中，静置3小时后洗至中性。

(2)负载铁：将得到的壳聚糖凝胶球浸泡在0.25～0.5mol/L的FeSO₄溶液中12～18小时，再用4mol/L的NaOH溶液浸泡20分钟，洗至中性。

(3)戊二醛交联：将所得负载铁壳聚糖小球浸于体积分数为2％～4％的戊二醛溶液中，在40℃下恒温振荡12小时，用去离子水清洗小球3～5次，得到成品。

本发明所涉及的吸附剂是在壳聚糖凝胶球的表面负载氧化铁并进行交联处理得到的，其中负载氧化铁提高了吸附剂的吸附量和吸附选择性，交联提高了吸附剂的耐酸性。该吸附剂吸附容量大，吸附效率高，吸附选择性强，耐酸性强且便于固液分离。相对于人工有机高分子树脂，壳聚糖作为母体材料具有易生物降解、生物相容性好、前体物甲壳素分布广泛、来源丰富等优点。本发明所涉及的吸附剂是一种环境友好、价廉易得的材料，具有较好开发应用前景。

具体实施方式

实施例1：

(1)凝胶球的制备：将1g壳聚糖溶解到50mL体积分数为2％的乙酸溶液中，得到壳聚糖凝胶液；将壳聚糖凝胶液滴加到3％的NaOH溶液中，静置3小时后洗至中性。

(2)负载铁：将得到的壳聚糖凝胶球浸泡在0.5mol/L的FeSO₄溶液中12小时，再用4mol/L的NaOH溶液浸泡20分钟，洗至中性。

(3)戊二醛交联：将所得负载铁壳聚糖小球浸于体积分数为2％的戊二醛溶液中，在40℃下恒温振荡12小时，用去离子水清洗小球3～5次，得到成品。

实验显示，氧化铁占吸附剂干重的56％；对于50mL 10mg/L的As(III)和As(V)溶液，1.2g吸附剂颗粒的吸附量分别为0.33mg/(g湿颗粒)和0.29mg/(g湿颗粒)。

实施例2：

(1)凝胶球的制备：将1.5g壳聚糖溶解到50mL体积分数为5％的乙酸溶液中；将得到的壳聚糖凝胶液滴加到5％的NaOH溶液中，静置3小时后洗至中性。

(2)负载铁：将得到的壳聚糖凝胶球浸泡在0.5mol/L的FeSO₄溶液中12小时，再用4mol/L的NaOH溶液浸泡20分钟，洗至中性。

(3)戊二醛交联：将所得负载铁壳聚糖小球浸于体积分数为4％的戊二醛溶液中，在40℃下恒温振荡12小时，用去离子水清洗小球3～5次，得到成品。

实验显示，氧化铁占吸附剂干重的70％；对于50mL 10mg/L的As(III)和As(V)溶液，1.2g吸附剂颗粒的吸附量分别为0.39mg/(g湿颗粒)和0.37mg/(g湿颗粒)。

实施例3：

(1)凝胶球的制备：将1g壳聚糖溶解到50mL体积分数为2％的乙酸溶液中；将得到的壳聚糖凝胶液滴加到3％的NaOH溶液中，静置3小时后洗至中性。

(2)负载铁：将得到的壳聚糖凝胶球浸泡在0.25mol/L的FeSO₄溶液中18小时，再用4mol/L的NaOH溶液浸泡20分钟后，洗至中性。

(3)戊二醛交联：将所得负载铁壳聚糖小球浸于体积分数为4％的戊二醛溶液中，在40℃下恒温振荡12小时，用去离子水清洗小球3～5次，得到成品。

实验显示，氧化铁占吸附剂干重的59％；对于50mL 10mg/L的As(III)和As(V)溶液，1.2g吸附剂颗粒的吸附量分别为0.34mg/(g湿颗粒)和0.31mg/(g湿颗粒)。

Claims (1)

1.一种壳聚糖-氧化铁复合吸附除砷材料的制备方法，在制备壳聚糖水凝胶的基础上，以其凝胶球作为母体，负载氧化铁，并进行交联处理，其特征在于该制备方法为：

(1)凝胶球的制备：将1～1.5g壳聚糖溶解到50mL体积分数为2％～5％的乙酸溶液中，得到壳聚糖凝胶液；将壳聚糖凝胶液滴加到3％～5％的NaOH溶液中，静置3小时后洗至中性；

(2)负载铁：将得到的壳聚糖凝胶球浸泡在0.25～0.5mol/L的FeSO₄溶液中12～18小时，再用4mol/L的NaOH溶液浸泡20分钟，洗至中性；

(3)戊二醛交联：将所得负载铁壳聚糖小球浸于体积分数为2％～4％的戊二醛溶液中，在40℃下恒温振荡12小时，用去离子水清洗小球3～5次，得到成品。