CN113413885B - 一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113413885B
CN113413885B CN202110731762.9A CN202110731762A CN113413885B CN 113413885 B CN113413885 B CN 113413885B CN 202110731762 A CN202110731762 A CN 202110731762A CN 113413885 B CN113413885 B CN 113413885B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic
chitosan
core
carbon
shell structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110731762.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113413885A (zh
Inventor
栾敬德
赵晨
翟倩
白宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Warna Technology Co ltd
Original Assignee
Shenyang Aerospace University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Aerospace University filed Critical Shenyang Aerospace University
Priority to CN202110731762.9A priority Critical patent/CN113413885B/zh
Publication of CN113413885A publication Critical patent/CN113413885A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113413885B publication Critical patent/CN113413885B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28009—Magnetic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/16—Alumino-silicates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • B01J20/28007—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size with size in the range 1-100 nanometers, e.g. nanosized particles, nanofibers, nanotubes, nanowires or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28016—Particle form
    • B01J20/28021—Hollow particles, e.g. hollow spheres, microspheres or cenospheres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/281—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using inorganic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/286—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using natural organic sorbents or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明提供了一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。本发明以磁性碳球为核壳结构的磁性微球吸附剂的内核，能够使吸附剂易于回收；本发明通过在磁性纳米粒子表面包裹碳，形成磁性碳球，由于碳具有稳定的电负性，有利于后续壳聚糖在碳层表面逐层组装，提供交联骨架；以蒙脱石纳米片为壳体，能够使蒙脱石纳米片的吸附活性点充分暴露，进而提高吸附剂的吸附性能。实施例数据表明，本发明提供的核壳结构的磁性微球吸附剂对亚甲基蓝和铅离子的同步去除率高，在40min内去除率已达90％。

Description

一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
重金属和有机污染物遍存在于染料和医药等生产过程排放的废水中，复合污染毒性强，其协同处理使传统废水处理设施运行负荷高。若能同步去除，能有效削减工程投资成本和废水处理效能，降低运行费用。吸附技术因其成本低廉、操作便捷及污染物高效去除等优势被认为是重金属和有机污染物同步治理的首选，其核心技术是新型功能性吸附材料的研发。
蒙脱石(来源于粘土矿物膨润土)具有高离子交换量和可塑性强的层间结构，为废水中重金属和有机污染物的去除提供了纳米级的化学反应场所，且价格低廉，是替代活性炭的良好吸附介质，但有限的层间域限制了其对有机污染物的吸附容量。壳聚糖具有成本低、无毒、可生物降解和独特的聚阳离子结构等特性，是阴离子有机污染物和电负性重金属络合物的天然吸附剂及其骨架支撑材料，但其稳定性受pH影响大，在水体中不易回收。
电位诱导组装是利用壳聚糖表面电正性与天然粘土矿物表面电负性的相互吸引作用进行逐层组装来制备壳聚糖蒙脱石复合吸附剂，壳聚糖蒙脱石复合吸附剂的分子构型通常呈片状砖混结构。片状砖混结构使材料具备了良好的抗拉强度和断裂伸长率，但大量的吸附活性点位被用于层状结构搭建致使其吸附性能下降。因此，亟需一种微球吸附剂能够使其在应用于废水处理时解决吸附性能低效和难于回收的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用，本发明提供的核壳结构的磁性微球吸附剂在用于处理废水时具有高效和易回收的优势。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种核壳结构的磁性微球吸附剂，包括磁性纳米粒子、包裹于所述磁性纳米粒子表面的碳、交联包覆于所述碳表面的壳聚糖和包覆于所述壳聚糖表面的蒙脱石纳米片；
各组分的含量为：碳20～35wt％、壳聚糖20～30wt％、蒙脱石纳米片35～55wt％和余量的磁性纳米粒子。
优选地，所述蒙脱石纳米片的厚度为1.5～3.5nm。
优选地，所述磁性纳米粒子包括Fe3O4、纳米银或γ-Fe2O3。
优选地，所述磁性纳米粒子的粒径为3nm～10nm。
本发明还提供了上述技术方案所述核壳结构的磁性微球吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将磁性纳米粒子与碳源溶液混合，进行水热反应，得到磁性碳球；
(2)将所述步骤(1)得到的磁性碳球与壳聚糖溶液混合，进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球；
(3)将所述步骤(2)得到的磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液混合，进行交联反应，得到核壳结构的磁性微球吸附剂。
优选地，所述步骤(1)中的磁性纳米粒子与碳源溶液中的碳源的质量之比为(1～5):10。
优选地，所述步骤(2)中的壳聚糖溶液的电位为3～15mV。
优选地，所述步骤(2)中的磁性碳球与壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量之比为(1～5):1。
优选地，所述步骤(3)中的蒙脱石纳米片与磁性球状壳聚糖微球的质量比为1:(1～8)。
本发明还提供了上述技术方案所述核壳结构的磁性微球吸附剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的核壳结构的磁性微球吸附剂在处理废水中的应用。
本发明提供了一种核壳结构的磁性微球吸附剂，包括磁性纳米粒子、包裹于所述磁性纳米粒子表面的碳、交联包覆于所述碳表面的壳聚糖和包覆于所述壳聚糖表面的蒙脱石纳米片；各组分的含量为：碳20～35wt％、壳聚糖20～30wt％、蒙脱石纳米片35～55wt％和余量的磁性纳米粒子。本发明以磁性碳球为核壳结构的磁性微球吸附剂的内核，能够使吸附剂易于回收；本发明通过在磁性纳米粒子表面包裹碳，形成磁性碳球，由于碳具有稳定的电负性，有利于后续壳聚糖在碳层表面逐层组装，提供交联骨架；以蒙脱石纳米片为壳体，能够使蒙脱石纳米片的吸附活性点充分暴露，进而提高吸附剂的吸附性能。实施例数据表明，本发明提供的核壳结构的磁性微球吸附剂对亚甲基蓝和铅离子的同步去除率高，在40min内去除率已达90％。
附图说明
图1为本发明核壳结构的磁性微球吸附剂制备方法的流程图；
图2为本发明实施例1制备的磁性微球的SEM图；
图3为本发明实施例1制备的核壳结构的磁性微球吸附剂的SEM图。
具体实施方式
本发明提供了一种核壳结构的磁性微球吸附剂，包括磁性纳米粒子、包裹于所述磁性纳米粒子表面的碳、交联包覆于所述碳表面的壳聚糖和包覆于所述壳聚糖表面的蒙脱石纳米片；
各组分的含量为：碳20～35wt％、壳聚糖20～30wt％、蒙脱石纳米片35～55wt％和余量的磁性纳米粒子。
在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂包括磁性纳米粒子，所述磁性纳米粒子优选包括Fe3O4、纳米银或γ-Fe2O3，更优选为Fe3O4。在本发明中，所述磁性纳米粒子为吸附剂提供磁性，使其易于回收。在本发明中，所述磁性纳米粒子的用量根据碳、壳聚糖和蒙脱石纳米片的质量百分比进行调整。在本发明中，以核壳结构的磁性微球吸附剂的质量百分比为100wt％计，当所述碳、壳聚糖和蒙脱石纳米片的用量确定时，余量即为磁性纳米粒子的含量。
在本发明中，所述磁性纳米粒子的粒径优选为3～10nm，更优选为5～10nm。在本发明中，所述磁性纳米粒子的粒径为上述范围时既能够保证吸附剂易于回收，又具有较大的比表面积，更有利于提高吸附剂的吸附效率。
在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂包括包裹于所述磁性纳米粒子表面的碳。在本发明中，所述碳具有稳定的电负性，形成磁性碳球，有利于后续壳聚糖在碳层表面逐层组装。
在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂中碳的含量为20～35wt％，优选为25～30wt％。在本发明中，当所述核壳结构的磁性微球吸附剂中碳的含量为上述范围时，能够使磁性微球具有充分的电负性，使后续壳聚糖能够在碳层表面逐层组装。
在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂中包括交联包覆于所述碳表面的壳聚糖。在本发明中，所述壳聚糖为核壳结构的磁性微球吸附剂提供交联骨架，利用其对蒙脱石强效的吸附能力，使蒙脱石均匀且强效地附着于交联骨架表面，使吸附剂具有优异的稳定性。
在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂中壳聚糖的含量为20～30wt％，优选为25～30wt％。在本发明中，当所述壳聚糖的含量为上述范围时，能够使磁性碳球表面形成足量的交联骨架。
在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂中包括交联包覆于所述壳聚糖表面的蒙脱石纳米片。在本发明中，所述蒙脱石纳米片具有丰富的吸附位点，能够使吸附剂用于处理废水时，吸附废水中的污染物。
在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂中壳聚糖的含量为35～55wt％，优选为40～50wt％，最优选为45～50wt％。在本发明中，所述壳聚糖的含量为上述范围时，能够使核壳结构的磁性微球吸附剂具有优异的吸附效率。
本发明对所述蒙脱石的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员能够获得的蒙脱石即可。在本发明中，所述蒙脱石优选采用天然膨润土，经水洗提纯后得到。在本发明中，所述天然膨润土主要矿物为蒙脱石、钠基和钙基，经水洗提纯后蒙脱石含量高于95wt％。在本发明中，当所述蒙脱石的来源为上述类型时，更有利于提高吸附剂的吸附效率。
在本发明中，所述蒙脱石纳米片的厚度优选为1.5～3.5nm，更优选为2.0～3.0nm，最优选为2.5～3.0nm。在本发明中，所述蒙脱石纳米片的厚度为上述范围时，具有多的活性位点，更有利于进一步提高核壳结构的磁性微球吸附剂的吸附效率。
本发明以磁性纳米粒子为核壳结构的磁性微球吸附剂的内核，能够使吸附剂易于回收；本发明通过在磁性纳米粒子表面包裹碳，由于碳具有稳定的电负性，有利于后续壳聚糖在碳层表面逐层组装，提供交联骨架；以蒙脱石纳米片为壳体，能够使蒙脱石纳米片的吸附活性点充分暴露，进而提高吸附剂的吸附性能。
本发明还提供了所述核壳结构的磁性微球吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将磁性纳米粒子与碳源溶液混合，进行水热反应，得到磁性碳球；
(2)将所述步骤(1)得到的磁性碳球与壳聚糖溶液混合，进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球；
(3)将所述步骤(2)得到的磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液混合，进行交联反应，得到核壳结构的磁性微球吸附剂。
本发明将磁性纳米粒子与碳源溶液混合，进行水热反应，得到磁性碳球。
在本发明中，所述碳源溶液优选包括蔗糖溶液、葡萄糖溶液或工业白糖溶液，更优选为蔗糖溶液。在本发明中，所述碳源溶液为上述范围时，能够通过水热反应，使碳源碳化，在磁性纳米粒子表面包裹碳层。
在本发明中，所述碳源溶液的浓度优选为0.1～0.6mol/L，更优选为0.2～0.4mol/L。在本发明中，所述碳源溶液的浓度为上述范围时，有利于在磁性纳米粒子表面形成均匀的碳层。
在本发明中，所述磁性纳米粒子与碳源溶液中的碳源的质量之比优选为(1～5):10，更优选为(3～5):10。在本发明中，所述磁性纳米粒子与碳源溶液中的碳源的质量之比为上述范围时，能够使碳层充分包裹磁性纳米粒子，进而更有利于后续壳聚糖进行逐层组装。
本发明对所述磁性纳米粒子与碳源溶液混合的操作方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的混合方法，能够将上述组分混合均匀即可。在本发明中，所述混合优选为搅拌。在本发明中，所述搅拌能够促进磁性纳米粒子均匀地分散于碳源溶液中，有利于水热反应时促进碳层均匀地包裹于磁性纳米粒子表面。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊限定，能够将所述磁性纳米粒子与碳源溶液混合即可。在本发明中，所述搅拌的速率优选为400～800rpm，更优选为500～600rpm；所述搅拌的时间优选为120～150min，更优选为130～140min。
在本发明中，所述水热反应的温度优选为160～200℃，更优选为180～200℃，最优选为180℃；所述水热反应的时间优选为4～6h，更优选为5～6h，最优选为5h。在本发明中，所述水热反应能够促进碳源充分碳化。
水热反应完成后，本发明优选对所述水热反应的产物依次进行离心、洗涤和干燥，得到磁性碳球。本发明对所述离心的操作方法和参数没有特殊限定，采用本领域技术人员离心的方法，能够将所述水热反应的产物的固体分离出来即可。在本发明中，所述洗涤的试剂优选为去离子水。本发明对所述洗涤的次数没有特殊限定，能够充分洗涤除去离心得到的固体表面的杂质即可。本发明对所述干燥的温度和时间没有特殊限定，能够将所述洗涤后得到的固体干燥即可。
得到磁性碳球后，本发明将所述磁性碳球与壳聚糖溶液混合，进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球。
在本发明中，所述磁性碳球与壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量之比优选为(1～5):1，更优选为(3～5):1。在本发明中，所述磁性碳球与壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量之比为上述范围时，能够在磁性碳球表面充分形成交联骨架。
在本发明中，所述壳聚糖溶液的浓度优选为4～10g/L，更优选为5～8g/L。在本发明中，所述壳聚糖溶液的浓度为上述范围时，更有利于交联反应充分进行。
本发明对所述壳聚糖溶液的溶剂没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的溶剂，能够溶解壳聚糖即可。在本发明中，所述溶剂优选为醋酸溶液。在本发明中，所述醋酸溶液的浓度优选为900～995g/L，更优选为950～995g/L。在本发明中，所述醋酸溶液的浓度为上述范围时能够使壳聚糖充分溶解，并促进交联反应的进行。
在本发明中，所述壳聚糖溶液的电位优选为3～15mV，更优选为5～10mV。在本发明中，所述磁性碳球具有稳定的电负性，当所述壳聚糖溶液的电位为上述范围时，能够促进磁性碳球通过静电进行逐层组装，形成交联骨架，防止电位过高或过低影响逐层组装效果。
在本发明中，当所述壳聚糖溶液的电位不在上述范围时，本发明优选采用酸或碱溶液进行调节，使所述壳聚糖溶液的电位达到上述范围。本发明对所述酸或碱溶液的种类没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的酸或碱，能够将所述壳聚糖溶液的电位达到上述范围即可。在本发明中，所述酸优选为醋酸，所述碱优选为氢氧化钠。
本发明对所述壳聚糖溶液的制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的溶液配制方法进行配制即可。
在本发明中，所述磁性碳球与壳聚糖溶液混合的操作方式优选为：将磁性碳球缓慢注入壳聚糖溶液中，所述注入优选在搅拌下进行。本发明对所述搅拌的转速没有特殊限定，能够将上述组分混合均匀即可。在本发明中，所述搅拌的转速优选为400～600rpm，更优选为500～600rpm，所述搅拌的时间优选为30min；当所述搅拌的速率和是案件为上述范围时，能够使磁性碳球与壳聚糖溶液充分混合均匀。在本发明中，所述壳聚糖溶液具有粘性，当所述磁性碳球与壳聚糖溶液混合的操作方式为上述类型时，能够使磁性碳球与壳聚糖溶液充分混合均匀。
在本发明中，所述逐层组装的温度优选为20～35℃，更优选为30℃；所述逐层组装的时间优选为20～60min，更优选为30min。在本发明中，所述逐层组装的温度和时间为上述范围时，能够使壳聚糖充分在磁性碳球表面逐层组装。
在本发明中，所述逐层组装优选在搅拌下进行。在本发明中，所述搅拌能够促进壳聚糖充分均匀地在磁性碳球表面逐层组装。本发明对所述搅拌的转速没有特殊限定，能够将上述组分混合均匀即可。在本发明中，所述搅拌的转速优选为400～600rpm，更优选为500～600rpm。
逐层组装完成后，本发明优选将所述逐层组装后得到的体系依次进行离心洗涤和干燥，得到磁性球状壳聚糖微球。本发明对所述离心的操作方法和参数没有特殊限定，采用本领域技术人员离心的方法，能够将所述水热反应的产物的固体分离出来即可。在本发明中，所述洗涤的试剂优选为去离子水。本发明对所述洗涤的次数没有特殊限定，能够充分洗涤除去离心得到的固体表面的杂质即可。本发明对所述干燥的温度和时间没有特殊限定，能够将所述洗涤后得到的固体干燥即可。
得到磁性球状壳聚糖微球后，本发明将所述磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液混合，进行交联反应，得到核壳结构的磁性微球吸附剂。
在本发明中，所述蒙脱石纳米片与球状壳聚糖微球的质量比优选为1:(1～8)，更优选为1:(2～6)。在本发明中，所述蒙脱石纳米片与磁性球状壳聚糖微球的质量比为上述范围时，能够在磁性球状壳聚糖微球表面充分交联形成蒙脱石纳米片层，有利于提高吸附剂的吸附效率。
在本发明中，所述蒙脱石纳米片溶液的浓度优选为5～30wt％，更优选为8～25wt％。在本发明中，所述蒙脱石纳米片溶液的浓度为上述范围时，能够有利于交联反应的充分进行。在本发明中，所述蒙脱石纳米片溶液的溶剂优选为去离子水。
本发明对所述蒙脱石纳米片溶液的制备方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的制备方法即可。
在本发明中，当所述蒙脱石纳米片的厚度不满足要求时，本发明优选将蒙脱石进行预处理，得到厚度满足要求的蒙脱石纳米片。在本发明中，所述预处理优选包括：将蒙脱石粉末分散于去离子水中，依次进行高速乳化、高强度超声剥离和离心，得到上清液即为蒙脱石纳米片溶液。本发明对所述高速乳化的装置和参数没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的乳化装置和参数，能够将蒙脱石粉末去离子水分散液乳化为蒙脱石粉末悬浮液即可。在本发明中，所述高强度超声剥离的装置优选为细胞粉碎仪；所述细胞粉碎仪超声的功率优选为1000～1600W，更优选为1200～1500W；当所述细胞粉碎仪的功率为1000～1600W时，所述超声的时间优选为10min。在本发明中，所述离心的转速优选为8000rpm，所述离心的时间优选为10min；在本发明中，所述离心的转速和时间为上述范围时，能够使厚度较厚的蒙脱石纳米片分离，使上清液中蒙脱石纳米片的厚度为1.5～3.5nm。
在本发明中，所述磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液混合的操作方式优选为将蒙脱石纳米片溶液注入磁性球状壳聚糖微球溶液中。本发明对所述磁性球状壳聚糖微球溶液的浓度没有特殊限定，根据需要进行调整即可。在本发明中，所述磁性球状壳聚糖微球溶液的浓度优选为5～15g/L。在本发明中，所述蒙脱石纳米片溶液和磁性球状壳聚糖微球溶液的溶剂优选为去离子水。
在本发明中，所述注入速率优选为50～100mL/min，更优选为60～80mL/min。在本发明中，所述注入速率为上述范围时，注入速率较低，能够防止注入速度太快，使蒙脱石附着不均匀，不能更好地呈现吸附性能。
在本发明中，所述交联反应的温度优选为室温，更优选为20～35℃；所述交联反应的时间优选为20～60min，更优选为30～50min。在本发明中，所述交联反应的温度和时间为上述范围时，能够使交联反应充分进行，有利于提高吸附剂中的蒙脱石纳米片的负载量，提高更多的活性位点，进而有利于提高吸附剂的吸附效率。
在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂的制备方法的流程图优选如图1所示。在图1中，本发明提供的制备方法通过先制备磁性碳球；然后利用磁性碳球具有电负性的性质，壳聚糖溶液在其表面进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球；然后通过交联反应将蒙脱石纳米片负载于磁性球状壳聚糖微球表面，进而形成以磁性碳球为内核，蒙脱石纳米片为壳材的核壳结构的磁性微球吸附剂。
本发明还提供了上述技术方案所述核壳结构的磁性微球吸附剂或本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的核壳结构的磁性微球吸附剂在处理废水中的应用。
本发明对所述废水的种类没有特殊限定，本发明提供的核壳结构的磁性微球吸附剂对多种污染物的废水均能去除。在本发明中，所述废水优选包括含有亚甲基蓝和/或铅离子的废水。
本发明对所述核壳结构的磁性微球吸附剂在处理废水中的应用方法没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的吸附剂的应用方法即可。在本发明中，所述核壳结构的磁性微球吸附剂在处理废水中的应用时的投加量优选为0.8～1.2g/L，更优选为1.0～1.2g/L。本发明制备的核壳结构的磁性微球吸附剂具有优异的吸附效率，故在投加量为上述范围时即可充分吸附废水，具有较高的吸附效率。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将5g蔗糖加入65mL去离子水配制成浓度为0.2mol/mL的蔗糖溶液，加入0.5gFe3O4纳米粒子形成均相，于180℃温度下水热反应5h后，即可制得磁性碳球。其中，Fe3O4纳米粒子与蔗糖溶液中蔗糖的质量之比为0.1:1。
(2)先配制浓度为8g/L壳聚糖的冰醋酸溶液，按磁性碳球与壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量比为1:1，将磁性碳球缓慢注入壳聚糖溶液中，400rpm转速磁力搅拌，在25℃搅拌30min，进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球。
(3)先配制8wt％蒙脱石纳米片溶液，以磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液中的蒙脱石纳米片的质量比为5:1，将蒙脱石纳米片溶液注入(60mL/min)磁性球状壳聚糖微球中，在室温下搅拌30min，进行交联反应，得到核壳结构的磁性微球吸附剂。
蒙脱石纳米片溶液的制备方法包括：将蒙脱石和去离子水混合，乳化后在超声强度800W下剥离10min，于8000rpm离心10min，所得均质上清液即为蒙脱石纳米片溶液。
吸附性试验：取0.05g吸附剂放入50mL初始浓度为400mg/L的亚甲基蓝溶液中，于25℃恒温摇床中反应4h后，经过离心和真空抽滤之后，测出数据可得，本实施例所制备微球吸附剂在溶液pH值2～8之间对亚甲基蓝的吸附量为280mg/g～350mg/g。
采用扫描电镜对本实施例制备的微球吸附剂进行测试，得到磁性碳球的SEM图如图2所示。
采用扫描电镜对本实施例制备的微球吸附剂进行测试，得到微球吸附剂的SEM图如图3所示。
从图2和图3可以看出，本实施例中磁性碳球和微球吸附剂均为明显的球状颗粒结构，为核壳结构。
实施例2
(1)将5g蔗糖加入65mL去离子水配制成浓度为0.2mol/mL的蔗糖溶液，加入0.5gFe3O4纳米粒子形成均相，于180℃温度下水热反应5h后，即可制得磁性碳球。其中，Fe3O4纳米粒子与蔗糖溶液中蔗糖的质量之比为0.1:1。
(2)先配制浓度为10g/L壳聚糖的冰醋酸溶液，按磁性碳球与壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量比为1:1，将磁性碳球缓慢注入壳聚糖溶液中，400rpm转速磁力搅拌，在25℃搅拌30min，进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球。
(3)先配制20wt％蒙脱石纳米片溶液，以磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液中的蒙脱石纳米片的质量比为2:1，将蒙脱石纳米片溶液注入(60mL/min)磁性球状壳聚糖微球中，在室温下搅拌30min，进行交联反应，得到核壳结构的磁性微球吸附剂。
蒙脱石纳米片溶液的制备方法包括：将蒙脱石和去离子水混合，乳化后在超声强度1000W下剥离10min，于8000rpm离心10min，所得均质上清液即为蒙脱石纳米片溶液。
吸附性试验：取0.05g吸附剂放入50mL初始浓度为1600mg/L的亚甲基蓝溶液中，于25℃恒温摇床中反应4h后，经过离心和真空抽滤之后，测出数据可得，本实施例所制备微球吸附剂在溶液pH＝6时对铅离子吸附量≥880mg/g。
实施例3
(1)将5g蔗糖加入65mL去离子水配制成浓度为0.2mol/mL的蔗糖溶液，加入0.5gFe3O4纳米粒子形成均相，于180℃温度下水热反应5h后，即可制得磁性碳球。其中，Fe3O4纳米粒子与蔗糖溶液中蔗糖的质量之比为0.1:1。
(2)先配制浓度为8g/L壳聚糖的冰醋酸溶液，按磁性碳球与壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量比为1:1，将磁性碳球缓慢注入壳聚糖溶液中，400rpm转速磁力搅拌，在25℃搅拌30min，进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球。
(3)先配制15wt％蒙脱石纳米片溶液，以磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液中的蒙脱石纳米片的质量比为3:1，将蒙脱石纳米片溶液注入(60mL/min)磁性球状壳聚糖微球中，在室温下搅拌30min，进行交联反应，得到核壳结构的磁性微球吸附剂。
蒙脱石纳米片溶液的制备方法包括：将蒙脱石和去离子水混合，乳化后在超声强度1600W下剥离10min，于8000rpm离心10min，所得均质上清液即为蒙脱石纳米片溶液。
吸附性试验：取0.05g吸附剂放入50mL初始浓度为400mg/L的亚甲基蓝溶液中，于25℃恒温摇床中反应4h后，经过离心和真空抽滤之后，测出数据可得，本实施例所制备微球吸附剂在投放量1.0g/L、溶液pH值2～6之间、亚甲基蓝和铅离子浓度为300-450mg/L条件下，对溶液中两种污染物的同步去除率≥90％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种核壳结构的磁性微球吸附剂，包括磁性纳米粒子、包裹于所述磁性纳米粒子表面的碳、在所述碳表面逐层静电自组装的壳聚糖和包覆于所述壳聚糖表面的蒙脱石纳米片；
各组分的含量为：碳20～35wt％、壳聚糖20～30wt％、蒙脱石纳米片35～55wt％和余量的磁性纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的核壳结构的磁性微球吸附剂，其特征在于，所述蒙脱石纳米片的厚度为1.5～3.5nm。
3.根据权利要求1所述的核壳结构的磁性微球吸附剂，其特征在于，所述磁性纳米粒子包括Fe3O4或γ-Fe2O3。
4.根据权利要求1或3所述的核壳结构的磁性微球吸附剂，其特征在于，所述磁性纳米粒子的粒径为3nm～10nm。
5.权利要求1～4任意一项所述核壳结构的磁性微球吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将磁性纳米粒子与碳源溶液混合，进行水热反应，得到磁性碳球；所述磁性碳球为电负性；
(2)将所述步骤(1)得到的磁性碳球与壳聚糖溶液混合，进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球；所述壳聚糖溶液的电位为3～15mV；
(3)将所述步骤(2)得到的磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液混合，进行交联反应，得到核壳结构的磁性微球吸附剂。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的磁性纳米粒子与碳源溶液中的碳源的质量之比为(1～5):10。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的磁性碳球与壳聚糖溶液中的壳聚糖的质量之比为(1～5):1。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的蒙脱石纳米片与磁性球状壳聚糖微球的质量比为1:(1～8)。
9.权利要求1～4任意一项所述核壳结构的磁性微球吸附剂或权利要求5～8任意一项所述制备方法制备得到的核壳结构的磁性微球吸附剂在处理废水中的应用，所述废水包括含有亚甲基蓝和/或铅离子的废水。
CN202110731762.9A 2021-06-30 2021-06-30 一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用 Active CN113413885B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110731762.9A CN113413885B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110731762.9A CN113413885B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113413885A CN113413885A (zh) 2021-09-21
CN113413885B true CN113413885B (zh) 2022-06-28

Family

ID=77717241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110731762.9A Active CN113413885B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113413885B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114904489A (zh) * 2022-05-31 2022-08-16 佛山市博新生物科技有限公司 一种清除尿酸的血液灌流吸附剂及其制备方法
CN117160415A (zh) * 2023-11-02 2023-12-05 南通海济环保科技有限公司 一种含糖废水的水热赋磁处理方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103920472A (zh) * 2014-04-11 2014-07-16 江苏大学 一种磁性壳聚糖复合微球吸附剂的制备方法
CN104437395A (zh) * 2014-11-03 2015-03-25 中国科学院过程工程研究所 一种耐酸性磁性壳聚糖微球、制备方法及其应用
CN108043363A (zh) * 2017-12-13 2018-05-18 武汉理工大学 磁性壳聚糖吸附剂的制备方法
CN110523392A (zh) * 2019-09-19 2019-12-03 陕西科技大学 壳聚糖改性磁性碳核壳吸附剂及其制备方法和在吸附水体中络合态三价铬中的应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103920472A (zh) * 2014-04-11 2014-07-16 江苏大学 一种磁性壳聚糖复合微球吸附剂的制备方法
CN104437395A (zh) * 2014-11-03 2015-03-25 中国科学院过程工程研究所 一种耐酸性磁性壳聚糖微球、制备方法及其应用
CN108043363A (zh) * 2017-12-13 2018-05-18 武汉理工大学 磁性壳聚糖吸附剂的制备方法
CN110523392A (zh) * 2019-09-19 2019-12-03 陕西科技大学 壳聚糖改性磁性碳核壳吸附剂及其制备方法和在吸附水体中络合态三价铬中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN113413885A (zh) 2021-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113413885B (zh) 一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用
CN107753949B (zh) 黑磷纳米片、复合水凝胶及其制备方法与应用
CN106076272B (zh) 一种重金属离子吸附剂的制备方法
CN107486135B (zh) 一种膨润土包覆四氧化三铁纳米材料及其制备方法和应用
CN107597071B (zh) 一种接枝型磁性壳聚糖吸附剂的制备方法
US10800689B2 (en) Magnetic nanoparticle microbial composite with core-shell structure, preparation method thereof, and its application in the treatment of azo dyes
CN104226268A (zh) 改性纤维素/氧化石墨烯复合微球及其制备方法
CN112791714B (zh) 吸附酚类污染物的磁性核壳纳米微球、制备方法及应用
CN104084177B (zh) 一种磁性壳聚糖纳米纤维铜离子吸附剂及其制备方法、用途
CN105061785A (zh) 一种磁性纤维素微球的制备方法
Wu et al. Synthesis, characterization, and methylene blue adsorption of multiple-responsive hydrogels loaded with Huangshui polysaccharides, polyvinyl alcohol, and sodium carboxyl methyl cellulose
Yang et al. Preparation of magnetic chitosan microspheres and its applications in wastewater treatment
CN111330550A (zh) 一种Zr/La共改性的交联壳聚糖、其制备方法及用途
Ouyang et al. Synthesis of PVDF‐B4C mixed matrix membrane for ultrafiltration of protein and photocatalytic dye removal
CN115845812B (zh) 一种磁性木质素吸附材料的制备方法和应用
CN110975829A (zh) 一种壳聚糖/海泡石/腐殖酸复合微胶囊的制备方法及其应用
CN111437880B (zh) 一种苎麻骨微纤化纤维素-二氧化钛复合光催化材料及其制备方法和应用
CN113231040B (zh) 一种用于水中放射性铯离子去除的石墨烯吸附材料
CN113817179A (zh) 一种纳米纤维磁流体的制备方法、纳米纤维磁流体及应用
CN102716724B (zh) 一种以壳寡糖为致孔剂的重金属离子吸附树脂的制备方法
CN114053988A (zh) 一种MXene复合气凝胶材料的制备方法及其应用
CN110681321B (zh) 一种多糖凝胶微囊及制备方法
CN106587326A (zh) 一种负载磁性纳米粒子的氧化石墨烯与导电高分子Fenton凝胶的制备方法
CN107597195A (zh) 一种石墨烯‑杯芳烃‑Fe3O4的制备及其高效催化降解亚甲基蓝的应用
CN116351380B (zh) 一种低成本层状锂离子筛及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230116

Address after: Gate 4, No. 64, Wenda West Road, Yuhong District, Shenyang, Liaoning 110100

Patentee after: SHENYANG WARNA TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: 110136, Liaoning, Shenyang, Shenbei New Area moral South Avenue No. 37

Patentee before: SHENYANG AEROSPACE University

TR01 Transfer of patent right