CN108854988A - 磁性壳聚糖吸附剂、制备工艺及在重金属水处理中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸附剂、制备工艺及其应用，属于环保技术领域，具体是涉及一种磁性壳聚糖吸附剂、制备工艺及在重金属水处理中的应用。本发明中的磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺涉及：吸附剂结构设计‑合成‑后处理；吸附剂原材料选用及预处理；采用溶胶‑凝胶法溶解和析出壳聚糖。本发明制备的壳聚糖基吸附剂在重金属废水处理中对常见重金属都具有广谱吸附性能，且因其本身结构及磁性特征而可在外磁场作用下高效回收。该吸附剂结构稳定，吸附能力强，吸附速度快，容易回收，且本身对水体无害，不会产生二次污染，原材料方便易得，合成工艺简单，生产成本低廉，在重金属废水处理领域具有良好的应用前景。

Description

磁性壳聚糖吸附剂、制备工艺及在重金属水处理中的应用
技术领域
本发明涉及一种吸附剂、制备工艺及其应用，属于环保技术领域，具体是涉及一种磁性壳聚糖吸附剂、制备工艺及在重金属水处理中的应用。
背景技术
壳聚糖是甲壳素脱乙酰后得到的产物，制备方法简单，原材料来源广泛且便宜，主要源于甲壳类动物，如龙虾、螃蟹等，因而其生产成本低廉，产量很大，且天然无毒。研究表明，壳聚糖在废水处理中对重金属具有光谱吸附能力，且吸附速度很快，因而也被广泛应用与水处理吸附剂领域。但是壳聚糖粉末投入水体后却存在难以回收的问题，造成了壳聚糖的浪费，同时也会给生化处理系统造成较大的处理负担。
壳聚糖回收的方法是近年来科研工作者们一直研究的方向。本发明综合考虑原材料成本、生产工艺等问题，提出了以一定目数顺磁性的铁矿粉为内核，结合溶胶-凝胶法将壳聚糖包覆到铁矿粉颗粒表面形成外壳。从而实现壳聚糖的磁性化，最后通过外磁场的介入即可达到壳聚糖回收的目的。该吸附剂结构稳定，吸附能力强，吸附速度快，容易回收，且本身对水体无害，不会产生二次污染，原材料方便易得，合成工艺简单，生产成本低廉，在重金属废水处理领域具有良好的应用前景。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的壳聚糖在重金属废水处理领域难以回收的问题，提出了一种磁性壳聚糖吸附剂、制备工艺及在重金属水处理中的应用。本发明的磁性壳聚糖吸附剂能够通过施加外磁场达到回收使用后的磁性壳聚糖吸附剂的目的。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1，将具备核壳结构的吸附剂研磨后烘干待用，所述吸附剂内核为顺磁性的材料；
步骤2，将1-10g壳聚糖原料粉末分散至水中备用，将0.5-5g冰醋酸加入到该水分散液中，常温搅拌直到壳聚糖全部溶解，溶液变得清亮；
步骤3，将步骤2中的溶液与步骤1中制得的10-100g顺磁性材料混匀后，在机械搅拌的条件下，滴入一定浓度的氢氧化钠水溶液，直到氢氧化钠完全与冰醋酸反应，产物上清液为中性；
步骤4，将步骤3中反应体系上清液移除，将沉淀物质40～100℃烘干并研磨，即可得到磁性壳聚糖吸附剂粉末。
在本发明的至和一个实施例中，一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，其特征在于：所述吸附剂内核具有顺磁性，外壳为壳聚糖；
在本发明的至和一个实施例中，所述吸附剂内核原材料为铁红、铁黑、铁黄中的一种或多种，经研磨后，颗粒目数≥200目；
在本发明的至和一个实施例中，所述步骤2中壳聚糖的溶解采用的是酸溶-碱析的溶胶-凝胶法。
在本发明的至和一个实施例中，所述步骤3中通过监测产物上清液的pH来控制氢氧化钠水溶液的加入量，当pH为6-9时，反应即可停止。
在本发明的至和一个实施例中，所述氢氧化钠水溶液的深度为0.01-0.1g/ml。
在本发明的至和一个实施例中，通过静置、过滤或者离心等手段移除反应体系的上清液。
根据上述制备工艺制备得到的磁性壳聚糖吸附剂粉末。
上述磁性壳聚糖吸附剂粉末在污水处理中的应用。
在本发明的至和一个实施例中，取所述磁性壳聚糖吸附剂倒入待处理污水中，水浴恒温25℃振荡若干小时。
因此，本发明具有如下优点：该吸附剂对污水中多种重金属的吸附能力强，吸附速度快，且具备磁性内核，可通过外磁场回收，本身对水体无害，不会产生二次污染，原材料方便易得，合成工艺简单，生产成本低廉，在重金属废水处理领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所制备的磁性壳聚糖吸附剂对Cu2+的吸附实验，由图可知，该吸附剂对Cu2+的饱和吸附量为191mg/l。
图2为实施例2所制备的磁性壳聚糖吸附剂对Ni2+的吸附实验，由图可知，该吸附剂对Ni2+的饱和吸附量为89mg/l。
图3为实施例3所制备的磁性壳聚糖吸附剂对Zn2+的吸附实验，由图可知，该吸附剂对Zn2+的饱和吸附量为167mg/l。
图4为实施例4所制备的磁性壳聚糖吸附剂对Cr6+的吸附实验，由图可知，该吸附剂对Cr6+的饱和吸附量为83mg/l。
图5为实施例5所制备的磁性壳聚糖吸附剂对Cd2+的吸附实验，由图可知，该吸附剂对Cd2+的饱和吸附量为76mg/l。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不限制于实施例。
(1)该吸附剂应该具备核壳结构，内核原材料为铁红、铁黑、铁黄等常见的铁矿粉系列粉末顺磁性材料，经过研磨后，控制目数为200目并且烘干处理待用；
(2)将10g壳聚糖原料粉末先分散到100g水中备用，随后将5g冰醋酸加入到该水分散液中，常温搅拌直到壳聚糖全部溶解，溶液变得清亮；
(3)将(2)中的溶液与(1)中选用的100g顺磁性材料混匀后，在剧烈搅拌的条件下，将0.1g/ml的氢氧化钠水溶液滴入到上述体系中，直到氢氧化钠完全与冰醋酸反应，产物上清液pH为9；
(4)将(3)中反应体系上清液通过静置、过滤或者离心等方式移除，将沉淀物质在100℃烘干并研磨，即可得到磁性壳聚糖吸附剂粉末。
(5)取0.1g本发明制备的磁性壳聚糖吸附剂倒入配置的一系列浓度的Cu2+水溶液中，水浴恒温25℃振荡16小时，通过外加磁场将磁性壳聚糖吸附固定后，取上清液并实用原子吸收光谱仪检测其中的Cu2+浓度，绘制Cu2+被该吸附剂吸附的量与原始废水Cu2+浓度的关系曲线图，如附图说明图1所示。
实施例2
(1)该吸附剂应该具备核壳结构，内核原材料为铁红、铁黑、铁黄等常见的铁矿粉系列粉末顺磁性材料，经过研磨后，控制目数400目并且烘干处理待用；
(2)将8g壳聚糖原料粉末先分散到80g水中备用，随后将4g冰醋酸加入到该水分散液中，常温搅拌直到壳聚糖全部溶解，溶液变得清亮；
(3)将(2)中的溶液与(1)中选用的80g顺磁性材料混匀后，在剧烈搅拌的条件下，将0.08g/ml的氢氧化钠水溶液滴入到上述体系中，直到氢氧化钠完全与冰醋酸反应，产物上清液pH为8；
(4)将(3)中反应体系上清液通过静置、过滤或者离心等方式移除，将沉淀物质在80℃烘干并研磨，即可得到磁性壳聚糖吸附剂粉末。
(5)取0.1g本发明制备的磁性壳聚糖吸附剂倒入配置的一系列浓度的Ni2+水溶液中，水浴恒温25℃振荡16小时，通过外加磁场将磁性壳聚糖吸附固定后，取上清液并实用原子吸收光谱仪检测其中的Ni2+浓度，绘制Ni2+被该吸附剂吸附的量与原始废水Ni2+浓度的关系曲线图，如附图说明图2所示。
实施例3
(1)该吸附剂应该具备核壳结构，内核原材料为铁红、铁黑、铁黄等常见的铁矿粉系列粉末顺磁性材料，经过研磨后，控制目数600目并且烘干处理待用；
(2)将6g壳聚糖原料粉末先分散到60g水中备用，随后将3g冰醋酸加入到该水分散液中，常温搅拌直到壳聚糖全部溶解，溶液变得清亮；
(3)将(2)中的溶液与(1)中选用的60g顺磁性材料混匀后，在剧烈搅拌的条件下，将0.06g/ml的氢氧化钠水溶液滴入到上述体系中，直到氢氧化钠完全与冰醋酸反应，产物上清液pH为7；
(4)将(3)中反应体系上清液通过静置、过滤或者离心等方式移除，将沉淀物质在60℃烘干并研磨，即可得到磁性壳聚糖吸附剂粉末。
(5)取0.1g本发明制备的磁性壳聚糖吸附剂倒入配置的一系列浓度的Zn2+水溶液中，水浴恒温25℃振荡16小时，通过外加磁场将磁性壳聚糖吸附固定后，取上清液并实用原子吸收光谱仪检测其中的Zn2+浓度，绘制Zn2+被该吸附剂吸附的量与原始废水Zn2+浓度的关系曲线图，如附图说明图3所示。
实施例4
(1)该吸附剂应该具备核壳结构，内核原材料为铁红、铁黑、铁黄等常见的铁矿粉系列粉末顺磁性材料，经过研磨后，控制目数800目并且烘干处理待用；
(2)将4g壳聚糖原料粉末先分散到40g水中备用，随后将1.5g冰醋酸加入到该水分散液中，常温搅拌直到壳聚糖全部溶解，溶液变得清亮；
(3)将(2)中的溶液与(1)中选用的40g顺磁性材料混匀后，在剧烈搅拌的条件下，将0.04g/ml的氢氧化钠水溶液滴入到上述体系中，直到氢氧化钠完全与冰醋酸反应，产物上清液pH为7；
(4)将(3)中反应体系上清液通过静置、过滤或者离心等方式移除，将沉淀物质在50℃烘干并研磨，即可得到磁性壳聚糖吸附剂粉末。
(5)取0.1g本发明制备的磁性壳聚糖吸附剂倒入配置的一系列浓度的Cr6+水溶液中，水浴恒温25℃振荡16小时，通过外加磁场将磁性壳聚糖吸附固定后，取上清液并实用原子吸收光谱仪检测其中的Cr6+浓度，绘制Cr6+被该吸附剂吸附的量与原始废水Cr6+浓度的关系曲线图，如附图说明图4所示。
实施例5
(1)该吸附剂应该具备核壳结构，内核原材料为铁红、铁黑、铁黄等常见的铁矿粉系列粉末顺磁性材料，经过研磨后，控制目数1000目并且烘干处理待用；
(2)将1g壳聚糖原料粉末先分散到10g水中备用，随后将0.5g冰醋酸加入到该水分散液中，常温搅拌直到壳聚糖全部溶解，溶液变得清亮；
(3)将(2)中的溶液与(1)中选用的10g顺磁性材料混匀后，在剧烈搅拌的条件下，将0.01g/ml的氢氧化钠水溶液滴入到上述体系中，直到氢氧化钠完全与冰醋酸反应，产物上清液pH为6；
(4)将(3)中反应体系上清液通过静置、过滤或者离心等方式移除，将沉淀物质在40℃烘干并研磨，即可得到磁性壳聚糖吸附剂粉末。
(5)取0.1g本发明制备的磁性壳聚糖吸附剂倒入配置的一系列浓度的Cd2+水溶液中，水浴恒温25℃振荡16小时，通过外加磁场将磁性壳聚糖吸附固定后，取上清液并实用原子吸收光谱仪检测其中的Cd2+浓度，绘制Cd2+被该吸附剂吸附的量与原始废水Cd2+浓度的关系曲线图，如附图说明图5所示。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1，将具备核壳结构的吸附剂研磨后烘干待用，所述吸附剂内核为顺磁性的材料；
步骤2，将1-10g壳聚糖原料粉末分散至水中备用，将0.5-5g冰醋酸加入到该水分散液中，常温搅拌直到壳聚糖全部溶解，溶液变得清亮；
步骤3，将步骤2中的溶液与步骤1中制得的10-100g顺磁性材料混匀后，在机械搅拌的条件下，滴入一定浓度的氢氧化钠水溶液，直到氢氧化钠完全与冰醋酸反应，产物上清液为中性；
步骤4，将步骤3中反应体系上清液移除，将沉淀物质40～100℃烘干并研磨，即可得到磁性壳聚糖吸附剂粉末。
2.如权利要求1所述的一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，其特征在于：所述吸附剂内核具有顺磁性，外壳为壳聚糖。
3.如权利要求1所述的一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，其特征在于：所述吸附剂内核原材料为铁红、铁黑、铁黄中的一种或多种，经研磨后，颗粒目数≥200目。
4.如权利要求1所述的一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，其特征在于：所述步骤2中壳聚糖的溶解采用的是酸溶-碱析的溶胶-凝胶法。
5.如权利要求1所述的一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，其特征在于：所述步骤3中通过监测产物上清液的pH来控制氢氧化钠水溶液的加入量，当pH为6-9时，反应即可停止。
6.如权利要求1所述的一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，其特征在于：所述氢氧化钠水溶液的深度为0.01-0.1g/ml。
7.如权利要求1所述的一种磁性壳聚糖吸附剂的制备工艺，其特征在于：通过静置、过滤或者离心等手段移除反应体系的上清液。
8.如权利要求1所述的制备工艺制备得到的磁性壳聚糖吸附剂粉末。
9.如权利要求8所述的磁性壳聚糖吸附剂粉末在污水处理中的应用。
10.如权利要求8所述的磁性壳聚糖吸附剂粉末在污水处理中的应用，其特征在于，取所述磁性壳聚糖吸附剂倒入待处理污水中，水浴恒温25℃振荡若干小时。
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