[发明专利]亚胺基化的磁性纳米吸附剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及重金属废水处理领域，尤其涉及一种亚胺基化的磁性纳米吸附剂及其制备方法和该吸附剂在处理重金属废水中的应用。

背景技术

水体重金属污染对公共健康和生态环境造成了严重的危害。工业废水是重金属污染的主要来源，通常废水中包含了多种有害重金属。比如，再选矿业中，铅和锌几乎同时存在，因而它们具有相似的地球化学行为。另外在化工、电镀、燃料制造等行业也可能产生同时含有铅和锌的废水。从健康和经济的角度出发，选择性地除去、回收和再利用某种重金属是非常必要的。

作为修复重金属污染的方法之一，吸附法以其操作方便、吸附剂的种类多样、设计灵活、容易再生、且处理的废水适于回用等优势而成为一个应用广泛且高效的处理方法。目前，选择性吸附某一重金属引起了广泛的研究兴趣。基于分子印迹技术的金属印迹聚合物的合成可以选择性地吸附特定的重金属。胺基、亚胺基以及巯基功能化的介孔吸附剂也可以通过与某一金属的特异性结合来选择性地吸附重金属。

虽然在选择性吸附重金属的研究与应用方面取得了一定的效果，但具有选择性能的吸附剂和吸附剂的合成方法还远不够完善，吸附剂的吸附率不高，重复利用率低，选择吸附的重金属回收困难，而且操作复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种高吸附率、化学性质稳定且可重复利用的亚胺基化的磁性纳米吸附剂，并相应提供一种该吸附剂的制备方法，以及还相应提供一种该吸附剂在处理重金属废水中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种亚胺基化的磁性纳米吸附剂，所述吸附剂由磁性纳米粒子与聚乙烯亚胺共价交联而成，所述磁性纳米粒子主要由纳米四氧化三铁组成，所述磁性纳米粒子的表面包覆有一层γ–Fe₂O₃颗粒。所述吸附剂中，优选地，所述磁性纳米吸附剂的粒径约为60nm。

作为一个总的发明构思，本发明还相应提供一种上述磁性纳米吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备磁性纳米粒子：先合成纳米四氧化三铁，再将四氧化三铁在300℃～350℃下煅烧60min～80min，得到表面包覆有一层γ–Fe₂O₃颗粒的磁性纳米粒子（煅烧处理中生成的γ–Fe₂O₃具有磁性，但是其抗酸性和抗氧化性能强于四氧化三铁，能阻止四氧化三铁的进一步氧化，提高了纳米材料的化学稳定性）；合成四氧化三铁可优选由二氯化亚铁和三氯化铁混合溶液同氨水反应制得；

（2）共价交联：将所述磁性纳米粒子加入到月桂酸钠溶液中活化，经清洗分离，再转移到聚乙烯亚胺溶液中进行机械搅拌反应，反应完成后得到亚胺基化的磁性纳米吸附剂；优选的，月桂酸钠溶液的浓度为1mol/L～2mol/L，pH值为9～11，活化时间为120min～150min，活化温度为60℃～80℃；聚乙烯亚胺溶液的体积浓度优选为5%～8%，可以利用体积浓度为50%的甲醇或者乙醇溶液溶解聚乙烯亚胺，从而得到体积浓度为5%～8%的聚乙烯亚胺溶液，机械搅拌反应温度优选为60℃～80℃，机械搅拌反应时间优选为90min～120min。

作为一个总的发明构思，本发明还提供上述的磁性纳米吸附剂或上述的制备方法制得的磁性纳米吸附剂在吸附重金属中的应用。

一种上述的磁性纳米吸附剂或上述的制备方法制得的磁性纳米吸附剂在铅锌二元金属溶液中同时吸附锌和铅的应用，包括以下步骤：往铅锌二元金属溶液中加入乙二胺四乙酸二钠（EDTA），使混合溶液中的EDTA与铅锌金属离子的摩尔浓度比为（0～0.5）∶1，再调节混合溶液的pH值为6～7，然后加入所述吸附剂，使其在混合溶液中的浓度控制在0.8g/L～2g/L，反应240min～300min，完成吸附。

一种上述的磁性纳米吸附剂或上述的制备方法制得的磁性纳米吸附剂在铅锌二元金属溶液中选择吸附锌的应用，包括以下步骤：往铅锌二元金属溶液中加入EDTA，使混合溶液中的EDTA与铅锌金属离子的摩尔浓度比为（0.6～1.0）∶1，再调节混合溶液的pH值为5.5～7，然后加入所述吸附剂，使其在混合溶液中的浓度控制在0.8g/L～2g/L，反应240min～300min，完成吸附。该吸附体系中，锌的存在形式90%以上为Zn²⁺，而铅主要以PbEDTA^2- 的形式存在。