CN111686695A - 一种改性甲壳素材料的制备方法和作为贵金属金吸附材料的应用 - Google Patents

一种改性甲壳素材料的制备方法和作为贵金属金吸附材料的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改性甲壳素材料的制备方法和作为贵金属金吸附材料的应用。所述制备方法为：在20‑60℃和搅拌条件下，往装有悬浮甲壳素与二氧化硫气体的反应容器中通入臭氧，控制通气速度1‑8mL/min，反应90‑120min后，停止反应，即得所需要的产物改性甲壳素材料；其中甲壳素与二氧化硫气体的投料比为5‑10g：90‑1000mL。本发明进一步提供了制备得到的改性甲壳素材料作为贵金属金吸附材料的应用。本发明的制备方法具有操作简单、安全、高效和低成本的优势，所得材料对贵金属金的吸附能力强，选择性强。

Description

一种改性甲壳素材料的制备方法和作为贵金属金吸附材料的 应用
技术领域
本发明涉及一种改性甲壳素材料的制备方法和作为贵金属金吸附材料的应用。
背景技术
在过去的十年中，随着电子技术的迅猛发展，大量的电子设备涌现在消费者市场。这些电子设备的使用寿命相对较短，且更新换代的速度在不断缩短，这些被淘汰的电子设备就成为了电子垃圾。金具有独特高导电性和耐腐蚀性，在电子产品制造领域中的应用越来越广泛。因此，电子废弃物中往往含有丰富的金，含金量甚至要高于金矿石。据统计，1t废弃的手机中大约含有200g的黄金，而1t金矿石中只能提炼出约30g左右黄金。随着有限的供应来源和电子行业需求的持续增长，欧盟等组织已经将金标记为重要资源，在废弃物中提取经济价值较高的金也越来越得到了重视。目前有效回收金的方法有溶剂萃取、化学沉淀、膜分离、电化学处理等。但是，由于含金的废液中成分往往比较复杂，以上方法尚存在许多问题，例如金属去除不完全，高昂的投资成本，大量的化学试剂消耗以及产生有毒污泥或需要处置的其他废物。在这种情况下，使用低成本和广泛使用的生物质材料作为吸附剂的吸附工艺成为一种更有前景的替代方法。
纤维素是大多数植物产生的多糖，是地球上最丰富的有机化合物之一，纤维素中的羟基可以与金离子配位形成稳定的络合物，可用作贵金属金的吸附剂。甲壳素的化学结构和纤维素非常相似，都是六碳糖的多聚体。因此，本发明试图通过一种更简单，更低的成本的方法利用甲壳素制备出一种更有效的贵金属金吸附剂。
发明内容
本发明的第一个目的是针对现有技术的不足，提供一种操作简单、安全、高效和低成本的改性甲壳素材料的制备方法，利用该方法制备的改性甲壳素材料对贵金属金的吸附能力强，选择性强。
本发明的第二个目的是提供所述改性甲壳素材料作为贵金属金吸附材料的应用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种改性甲壳素材料的制备方法，所述制备方法为：在 20-60℃和搅拌条件下，往装有悬浮甲壳素与二氧化硫气体的反应容器中通入臭氧，控制通气速度1-8mL/min，反应90-120min后，停止反应，即得所需要的产物改性甲壳素材料；其中甲壳素与二氧化硫气体的投料比为5-10g：90-1000mL。
作为优选，所述制备方法按照如下步骤实施：取甲壳素置于反应容器中，通入二氧化硫气体后密封，然后将反应容器置于20-60℃的温度条件下，搅拌形成悬浮甲壳素，并向悬浮甲壳素中通入臭氧，控制臭氧通气速度1-8mL/min，反应90-120min后，停止搅拌和通入臭氧，向反应容器中通入氮气去除未反应的二氧化硫和臭氧气体，并将气体从反应容器中导出引入含碱吸收液的容器中，二氧化硫和臭氧气体去除完毕后，从反应容器中倒出反应物，即为所需要的的产物。
或者，所述制备方法按照如下步骤实施：取甲壳素置于反应容器中，将反应容器置于20-60℃的温度条件下，搅拌下形成悬浮甲壳素并往反应容器内通入二氧化硫气体，二氧化硫气体通毕后通入臭氧，控制臭氧通气速度1-8mL/min，反应90-120min后，停止搅拌和通入臭氧，向反应容器中通入氮气去除未反应的二氧化硫和臭氧气体，并将气体从反应容器中导出引入含碱吸收液的容器中，二氧化硫和臭氧气体去除完毕后，从反应容器中倒出反应物，即为所需要的产物。
本发明使用的反应容器应至少具有两个开口，以使得在通入氮气除二氧化硫和臭氧时能将气体及时有效导出去除。
作为优选，所述搅拌的搅拌速度为1000-2000转/分钟。
作为优选，所述甲壳素、二氧化硫气体的投料比为5-10g：270-600mL。
作为优选，将反应容器置于35-50℃的温度条件下。
作为优选，控制臭氧通气速度3-5mL/min，反应90-120min。
作为优选，所述碱吸收液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或氨水溶液。
本发明中，二氧化硫的通入速度无需特别控制。氮气的通入量以能将二氧化硫和臭氧从反应容器中完全赶出为宜，一般而言，所述甲壳素与氮气的投料比为5-10g：50-80mL。
本发明中所有的气体体积都是常温常压下，用气体流量计读出的。
本发明进一步提供了制备得到的改性甲壳素材料作为贵金属金吸附材料的应用。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
(1)本发明采用二氧化硫-臭氧与甲壳素气相悬浮反应，反应效率高，反应速度可控，反应温和，无副产物。产物无需其他方法处理，对环境友好。
(2)合成只需一个反应器一步完成，无需其它复杂设备，操作简单、安全。
(3)所得材料对贵金属金的吸附能力强，选择性强。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例使用的甲壳素购自阿拉丁，产品编号分别为C104157。
实施例1
取5g甲壳素置于100mL三口烧瓶中，通入100mL二氧化硫气体后密封，然后将烧瓶置于40℃水浴中加热，以1000转/分钟高速搅拌形成悬浮甲壳素，并通过三口烧瓶的一个口子向悬浮甲壳素中通入臭氧，控制臭氧通气速度为 3mL/min，反应90min后，停止搅拌和通入臭氧，然后由同一个口子向烧瓶中通入50mL氮气，通气过程中由另一个口子将气体导出并引入含氢氧化钠水溶液的玻璃瓶中。通氮气完毕后，从三口烧瓶中倒出反应物，即为所需要的产物。
实施例2
取8g甲壳素置于250mL三口烧瓶中，通入200mL二氧化硫气体后密封，然后将烧瓶置于45℃水浴中加热，以1500转/分钟高速搅拌形成悬浮甲壳素，并通过三口烧瓶的一个口子向悬浮甲壳素中通入臭氧，控制通气速度4mL/min，反应105min后，停止搅拌和通入臭氧，然后由同一个口子向烧瓶中通入80mL 氮气，通气过程中由另一个口子将气体导出并引入含氢氧化钠水溶液的玻璃瓶中。通氮气完毕后，从三口烧瓶中倒出反应物，即为所需要的产物。
实施例3
取10g甲壳素置于250mL三口烧瓶中，通入200mL二氧化硫气体后密封，然后将烧瓶置于50℃水浴中加热，以2000转/分钟高速搅拌形成悬浮甲壳素，并通过三口烧瓶的一个口子向悬浮甲壳素中通入臭氧，控制臭氧通气速度为 5mL/min，反应120min后，停止搅拌和通入臭氧，然后由同一个口子向烧瓶中通入80mL氮气，通气过程中由另一个口子将气体导出并引入含氢氧化钠水溶液的玻璃瓶中。通氮气完毕后，从烧瓶中倒出反应物，即为所需要的的产物。
应用实施例1
取实施例1制备的吸附材料在相同金属浓度下测定了吸附材料对Au3+、 Pd2+、Pt4+三种离子的吸附效果，测试方法为：将2g吸附材料与15mL含三种金属(Au(III)，Pd(II)，Pt(IV)浓度均为0.2mmol/L)的溶液混合，并于恒温振荡器中进行震荡，温度保持在303K，连续震荡24h达到平衡。反应结束后，使用滤纸(5C,90mm)过滤混合物，并分析残留金属的浓度。处理结果如下表所示，单位mmol/g：
Figure BDA0002460998530000041
应用实施例2
取实施例2制备的吸附材料在相同金属浓度下测定了吸附材料对Au3+、Pd2+、Pt4+三种离子的吸附效果，测定方法同应用实施例1，处理结果如下表所示，单位mmol/g：
Figure BDA0002460998530000051
应用实施例3
取实施例3制备的吸附材料在相同金属浓度下测定了吸附材料对Au3+、 Pd2+、Pt4+三种离子的吸附效果，测定方法同应用实施例1，处理结果如下表所示，单位mmol/g：
Figure BDA0002460998530000052

Claims (9)

1.一种改性甲壳素材料的制备方法，所述制备方法为：在20-60℃和搅拌条件下，往装有悬浮甲壳素与二氧化硫气体的反应容器中通入臭氧，控制通气速度1-8mL/min，反应90-120min后，停止反应，即得所需要的产物改性甲壳素材料；其中甲壳素与二氧化硫气体的投料比为5-10g：90-1000mL。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法按照如下步骤实施：取甲壳素置于反应容器中，通入二氧化硫气体后密封，然后将反应容器置于20-60℃的温度条件下，搅拌形成悬浮甲壳素，并向悬浮甲壳素中通入臭氧，控制臭氧通气速度1-8mL/min，反应90-120min后，停止搅拌和通入臭氧，向反应容器中通入氮气去除未反应的二氧化硫和臭氧气体，并将气体从反应容器中导出引入含碱吸收液的容器中，二氧化硫和臭氧气体去除完毕后，从反应容器中倒出反应物，即为所需要的产物。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法按照如下步骤实施：取甲壳素置于反应容器中，将反应容器置于20-60℃的温度条件下，搅拌下形成悬浮甲壳素并往反应容器内通入二氧化硫气体，二氧化硫气体通毕后通入臭氧，控制臭氧通气速度1-8mL/min，反应90-120min后，停止搅拌和通入臭氧，向反应容器中通入氮气去除未反应的二氧化硫和臭氧气体，并将气体从反应容器中导出引入含碱吸收液的容器中，二氧化硫和臭氧气体去除完毕后，从反应容器中倒出反应物，即为所需要的产物。
4.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：所述搅拌的搅拌速度为1000-2000转/分钟。
5.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：所述甲壳素、二氧化硫气体的投料比为5-10g：270-600mL。
6.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：将反应容器置于35-50℃的温度条件下。
7.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：控制臭氧通气速度3-5mL/min，反应90-120min。
8.如权利要求1-3之一所述的制备方法，其特征在于：所述碱吸收液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液或氨水溶液。
9.根据权利要求1所述的制备方法制备得到的改性甲壳素材料作为贵金属金吸附材料的应用。
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