CN108298629A - 一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法，该方法由海藻酸钠、羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素，聚乙烯亚胺或多巴胺，以及聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇为原料，采用交联聚合法制成，交联剂采用戊二醛或环氧氯丙烷。整个制备过程均在水溶液中进行，制备方法简单，无需特殊的工艺设备，生产成本低，环境友好，易于产业化。该吸附汞离子的复合材料对汞离子具有较高的选择性吸附能力，且受酸碱度的影响较小，吸附了汞离子的吸附剂用硝酸脱附后可再次使用，具有良好的可再生性和循环利用性。

Description

一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种去除水体汞离子的高效吸附汞离子的复合材料的制备方法。

背景技术

在水体污染方面，重金属污染通常难以治理，其中汞污染的治理又是难中之难。无机汞在天然水体中可被微生物转化为毒性更强的甲基汞，在生物体内大量富集后经过食物链进入人体，严重危害人体的健康，如可损害神经系统，导致神经紊乱，运动失调，出现视力模糊，听力下降，语言障碍等症状，严重时心力衰竭而死亡，死亡率可达40％，急性汞中毒还会导致肝炎和血尿的发生。基于汞的危害性，我国在2006年修订的《生活饮用水卫生标准》中规定生活饮用水汞的含量不得超过0.001mg/L，工业最高允许排放浓度为0.05mg/L，且甲基汞不得检出。2016年1-8月，全国汞产量0.16万吨，同比增长45.46％。我国是全球环境汞排放量最多的国家之一，约占全球环境汞排放总量的33％左右，因此，对汞污染的治理已经刻不容缓。

汞金属废水的治理方法主要包括化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、电解法、液膜法和吸附法等。目前，工业上多采用化学沉淀法处理含汞废水。化学沉淀法的应用技术容易实现，尤其在重金属含量高的废水治理中表现出了良好的性能和优异的性价比。但化学沉淀法存在易引起水质硬化，由于溶度积的影响对低浓度的汞废水处理不彻底，易导致二次污染以及难以应用于治理流动水体等缺点。吸附法是目前研究最热门的方法之一，其主要特点有：(1)可以对低浓度(浓度小于100mg/L)的汞离子废水进行深度处理，通常化学沉淀法处理后的含汞废水都要利用吸附法进行深度处理；(2)可重复使用，许多吸附剂都可以通过酸洗、盐洗等脱附手段得到再生而重复使用；(3)吸附剂品种多样，既可以满足不同应用环境的要求，又为人工设计和开发新型吸附剂提供了广阔的空间；(4)吸附法二次污染小，通常不会向所处理水体中引入新的污染物。据众多文献报道，含有氨基、亚氨基、羧基或巯基官能团的高分子聚合物对汞离子具有很好的鳌合作用。

发明内容

本发明目的在于，提供一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法，该方法由海藻酸钠、羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素，聚乙烯亚胺或多巴胺，以及聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇为原料，采用交联聚合法制成，交联剂采用戊二醛或环氧氯丙烷。整个制备过程均在水溶液中进行，制备方法简单，无需特殊的工艺设备，生产成本低，环境友好，易于产业化。该吸附汞离子的复合材料对汞离子具有较高的选择性吸附能力，且受酸碱度的影响较小，吸附了汞离子的吸附剂用硝酸脱附后可再次使用，具有良好的可再生性和循环利用性。

本发明所述的一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法，按下列步骤进行：

a、将海藻酸钠、羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素加水溶解，配制成1％-10％的水溶液；

b、将聚乙烯亚胺或多巴胺溶于步骤a中得到的溶液，配制成含聚乙烯亚胺或多巴胺1％-30％的溶液；

c、将聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇加入步骤b的混合溶液中，配制含聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇1％-10％的混合溶液；

d、将步骤c所得的混合溶液在室温下搅拌2-12小时；

e、将步骤d的混合溶液中加入交联剂戊二醛或环氧氯丙烷，交联剂的加入量为原料质量百分比的0.2-10％，继续搅拌3-12小时，得到絮状物；

f、将步骤e得到的絮状物充分洗涤，冷冻干燥，得到高效吸附汞离子的复合材料。

本发明所述的一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法，通过该方法获得的附汞离子的复合材料在含二价汞离子的目标处理中：

取制备的吸附汞离子的复合材料20mg，处理20mL含二价汞离子的目标处理液，用0.1mol/L的硝酸或氢氧化钠溶液调节处理液pH范围为1.0-6.0，汞离子浓度为800ppm，温度30℃，摇床速度150转/分钟，震荡6小时后检测处理液中汞离子的浓度并计算得到吸附量；

以1.0-3.0mol/L的硝酸作为脱附剂，用20-100mL脱附剂处理含二价汞离子的中复合材料，温度30℃，震荡6小时后检测脱附剂中的汞离子浓度并计算得到脱附率，重复5次吸附-脱附的过程。

本发明所述的一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法，其特点主要有：(1)由海藻酸钠、羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素与聚乙烯亚胺或多巴胺以及聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇组成，采用交联聚合法制备，交联剂采用戊二醛或环氧氯丙烷；(2)整个制备过程均在水溶液中进行，制备方法简单，无需特殊的工艺设备，生产成本低，环境友好，易于产业化；(3)对汞离子具有较高的吸附效率；(4)吸附性能受溶液酸碱度的影响小，吸附剂可循环利用，可再生。

有益效果：本发明所述的一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法，通过交联聚合法制备，相比于传统吸附剂，具有更强的汞离子吸附性能。

本发明所述一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法，该方法中使用的原料是羧甲基壳聚糖、羧甲基纤维素或海藻酸钠，聚乙烯亚胺或多巴胺以及聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇，交联剂采用戊二醛或环氧氯丙烷，采用交联聚合法制备，获得高效吸附汞离子的复合材料，由此推断：当采用其他相似原料时，也能实现本发明的技术效果。

具体实施方式

本发明提供的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明的技术方案，但不以任何方式限制本发明；

实施例1(质量百分比)

a、将羧甲基壳聚糖用水溶解，配制成1％的水溶液；

b、将多巴胺溶于步骤a的溶液，配制成2％的溶液；

c、将聚乙烯醇加入步骤b的混合溶液中，配制成含聚乙烯醇1％的混合溶液；

d、将步骤c所得的混合溶液在室温下搅拌4小时；

e、将步骤d的混合溶液中加入交联剂戊二醛，戊二醛的加入量为原料的0.2％，继续搅拌4小时，得到絮状物；

f、将步骤e所形成的絮状物充分洗涤，冷冻干燥，得到高效吸附汞离子的复合材料；

取步骤f中制备的复合材料20mg，处理20mL含二价汞离子的目标处理液，用0.1mol/L的硝酸溶液调节处理液pH范围为5，汞离子浓度为800ppm，温度30℃，震荡6小时后检测处理液中汞离子的浓度，并计算得到吸附量为687.8mg/g；

以2.0mol/L的硝酸作为脱附剂，用40mL脱附剂处理含二价汞离子的复合材料，温度30℃，震荡6小时后检测脱附剂中的汞离子浓度，并计算得到脱附率，重复5次吸附-脱附的过程，吸附量仍大于648.1mg/g。

实施例2(质量百分比)

a、将羧甲基纤维素用水溶解，配制成2％的水溶液；

b、将聚乙烯亚胺溶于步骤a的溶液，配制成4％的溶液；

c、将聚乙烯醇加入步骤b的混合溶液中，配制成含聚乙烯醇5％的混合溶液；

d、将步骤c所得的混合溶液在室温下搅拌6小时；

e、将步骤d的混合溶液中加入交联剂环氧氯丙烷，环氧氯丙烷的加入量为原料的2％，继续搅拌6小时，得到絮状物；

f、将步骤e所形成的絮状物充分洗涤，冷冻干燥，得到高效吸附汞离子的复合材料；

取步骤f中制备的吸附汞离子的复合材料20mg，处理20mL含二价汞离子的目标处理液，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节处理液pH范围为5，汞离子浓度为800ppm，温度30℃，震荡6小时后检测处理液中汞离子的浓度，并计算得到吸附量为746.7mg/g；

以3.0mol/L的硝酸作为脱附剂，用40mL脱附剂处理含二价汞离子的复合材料，温度30℃，震荡小时后检测脱附剂中的汞离子浓度，并计算得到脱附率，重复5次吸附-脱附的过程，吸附量仍大于725.3mg/g。

实施例3(质量百分比)

a、将海藻酸钠用水溶解，配制成1％的水溶液；

b、将聚乙烯亚胺溶于步骤a的溶液，配制成4％的溶液；

c、将聚乙二醇加入步骤b的混合溶液中，配制成含聚乙二醇1％的混合溶液；

d、将步骤c所得的混合溶液在室温下搅拌2小时；

e、将步骤d的混合溶液中加入交联剂环氧氯丙烷，环氧氯丙烷的加入量为原料的0.2％；继续搅拌3小时，得到絮状物；

f、将步骤e所形成的絮状物充分洗涤，冷冻干燥，得到高效吸附汞离子的复合材料；

取步骤f中制备的吸附汞离子的复合材料20mg，处理20mL含二价汞离子的目标处理液，用0.1mol/L的硝酸溶液调节处理液pH范围为5，汞离子浓度为800ppm，温度30℃，震荡6小时后检测处理液中汞离子的浓度，并计算得到吸附量为705.2mg/g；

以2.0mol/L的硝酸作为脱附剂，用40mL脱附剂处理含二价汞离子的复合材料，温度30℃，震荡6小时后检测脱附剂中的汞离子浓度，并计算得到脱附率，重复5次吸附-脱附的过程，吸附量仍大于698.1mg/g。

实施例4(质量百分比)

a、将羧甲基壳聚糖用水溶解，配制成5％的水溶液；

b、将聚乙烯亚胺溶于步骤a的溶液，配制成4％的溶液；

c、将聚乙吡咯烷酮加入步骤b的混合溶液中，配制成含聚乙吡咯烷酮8％的混合溶液；

d、将步骤c所得的混合溶液在室温下搅拌2小时；

e、将步骤d的混合溶液中加入交联剂环氧氯丙烷，环氧氯丙烷的加入量为原料的2％；继续搅拌6小时，得到絮状物；

f、将步骤e所形成的絮状物充分洗涤，冷冻干燥，得到高效吸附汞离子的复合材料；

取步骤f中制备的吸附汞离子的复合材料20mg，处理20mL含二价汞离子的目标处理液，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节处理液pH范围为5，汞离子浓度为800ppm，温度30℃，震荡6小时后检测处理液中汞离子的浓度，并计算得到吸附量为755.2mg/g；

以3.0mol/L的硝酸作为脱附剂，用40mL脱附剂处理含二价汞离子的复合材料，温度30℃，震荡6小时后检测脱附剂中的汞离子浓度，并计算得到脱附率，重复5次吸附-脱附的过程，吸附量仍大于678.3mg/g。

实施例5(质量百分比)

a、将海藻酸钠用水溶解，配制成10％的水溶液；

b、将多巴胺溶于步骤a的溶液，配制成30％的溶液；

c、将聚乙二醇加入步骤b的混合溶液中，配制成含聚乙二醇5％的混合溶液；

d、将步骤c所得的混合溶液在室温下搅拌10小时；

e、将步骤d的混合溶液中加入交联剂戊二醛，戊二醛的加入量为原料的5％，继续搅拌8小时，得到絮状物；

f、将步骤e所形成的絮状物充分洗涤，冷冻干燥，得到高效吸附汞离子的复合材料；

取步骤f中制备的吸附汞离子的复合材料20mg，处理20mL含二价汞离子的目标处理液，用0.1mol/L的氢氧化钠溶液调节处理液pH范围为1.0-6.0，汞离子浓度为800ppm，温度30℃，震荡6小时后检测处理液中汞离子的浓度，并计算得到吸附量为645.2mg/g；

以1.0mol/L的硝酸作为脱附剂，用40mL脱附剂处理含二价汞离子的复合材料，温度30℃，震荡6小时后检测脱附剂中的汞离子浓度，并计算得到脱附率，重复5次吸附-脱附的过程，吸附量仍大于618.9mg/g。

实施例6(质量百分比)

a、将羧甲基纤维素用水溶解，配制成10％的水溶液；

b、将多巴胺溶于步骤a的溶液，配制成20％的溶液；

c、将聚乙烯吡咯烷酮加入步骤b的混合溶液中，配制成含聚乙烯吡咯烷酮10％的混合溶液；

d、将步骤c所得的混合溶液在室温下搅拌12小时；

e、将步骤d的混合溶液中加入交联剂戊二醛，戊二醛的加入量为原料的10％，继续搅拌12小时，得到絮状物；

f、将步骤e所形成的絮状物充分洗涤，冷冻干燥，得到高效吸附汞离子的复合材料；

取步骤f中制备的吸附汞离子的复合材料20mg，处理20mL含二价汞离子的目标处理液，用0.1mol/L的硝酸溶液调节处理液pH范围为5，汞离子浓度为800ppm，温度30℃，震荡6小时后检测处理液中汞离子的浓度，并计算得到吸附量为685.3mg/g；

以1.0mol/L的硝酸作为脱附剂，用40mL脱附剂处理含二价汞离子的复合材料，温度30℃，震荡6小时后检测脱附剂中的汞离子浓度，并计算得到脱附率，重复5次吸附-脱附的过程，吸附量仍大于668.0mg/g。

Claims (1)

1.一种高效吸附汞离子的复合材料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：

a、将海藻酸钠、羧甲基壳聚糖或羧甲基纤维素加水溶解，配制成1%-10%的水溶液；

b、将聚乙烯亚胺或多巴胺溶于步骤a中得到的溶液，配制成含聚乙烯亚胺或多巴胺1%-30%的溶液；

c、将聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇加入步骤b的混合溶液中，配制含聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或聚乙烯醇0.2%-10%的混合溶液；

d、将步骤c所得的混合溶液在室温下搅拌2-12小时；

e、将步骤d的混合溶液中加入交联剂戊二醛或环氧氯丙烷，交联剂的加入量为原料质量百分比的1-10%，继续搅拌3-12小时，得到絮状物；

f、将步骤e得到的絮状物充分洗涤，冷冻干燥，得到高效吸附汞离子的复合材料。