[发明专利]一种藻类质磁性阳离子型交换树脂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及利用藻类植物为主要原料制备磁性生物质阳离子型交换树脂的方法，属于环境与化学技术领域。

背景技术

水对于各种生命活动有着至关重要的作用，而水体重金属污染是重金属对环境危害最为重要的部分。动物通过饮水、植物通过根系吸收水分都能将重金属直接摄入体内。通过体液的传输、植物导管的运输到达生物体的各组织和器官，产生毒害作用。随着经济的高速发展和生产工业化进程的加快，重金属的污染也日益严重，据估计，全球每年释放到环境中的有毒重金属高达数百万吨，其中铅34.6万吨、铜14.7万吨、砷12.5万吨、镉3.9万吨、汞1.2万吨，造成了严重的环境污染和资源浪费。

传统治理重金属污染水体的方法主要包括：化学沉淀法、电解法、离子交换、吸附法、膜分离法等。化学沉淀法工艺简单，设备要求不高，处理方便，成本低，但沉淀物中重金属造成二次污染，金属离子沉淀不完全；电解法使废水中重金属离子向更易生成沉淀或毒性小的价态转换然后再沉淀去除，但占地面积大，废渣量大，金属离子沉淀不完全；离子交换具有处理量大，可回收水和重金属资源的优点，但树脂易受污染或氧化失效，再生频繁，操作费用高；吸附法存在吸附剂使用寿命短，重金属吸附饱和后再生困难，膜分离法虽能有效的从重金属废水中回收金属或使生产废液再生回用，但分离效果受膜分离工艺与组件的影响大，一次投入成本较高。因此，人们一直在寻找更为环保、经济适用的方法和技术来替代它们，生物吸附技术就是这种方法之一。生物吸附技术比起其他常用技术具有吸附剂价廉易得、吸附量大、选择性好、操作条件范围宽、金属可回收再利用等优点，因此，生物吸附技术在废水处理领域成为了研究热点之一。

多数藻类具有吸收水中重金属的能力，藻类细胞壁主要由多聚糖、蛋白质和少量脂类组成，拥有羧基、羟基、氨基、酰胺基和磺酸基等官能团，对于重金属污染水体的修复已被众多研究证明具有高效、低耗、环保等特点。进而，藻类对重金属污染水体的生物吸附技术已逐渐成为国际水体污染治理研究中的一个新热点。制备藻类质离子交换树脂，其具有较大的比表面积，可以对水体中的重金属类物质进行有效的去除。相比较于过柱吸附，将树脂撒于水体中进行吸附显得更为迅速有效，但随后树脂的回收必须要通过自然沉降来完成，在很大程度上影响了污水治理的效率。此外，藻类质离子交换树脂的另一缺陷是机械强度和重复使用性较差，难以满足工业生产的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种以藻类植物为原料制备藻类质磁性阳离子型交换树脂的方法。使原料来源广泛、成本低廉的藻类植物得到有效利用，减轻环保压力，同时实现生物质材料资源化，树脂固液分离高效，藻类植物富含蛋白质、多糖及纤维素等大分子物质，拥有大量的羟基、羧基和氨基官能团，与重金属离子能够发生完全的络合反应，从而有效的将重金属从污染水体中去除，且无有机物溶出，不会对水体造成二次污染。

原料说明：

本发明采用的原料是干燥后的粉碎藻类植物。

本发明的技术方案如下：

一种藻类质磁性阳离子型交换树脂的制备方法，包括步骤如下：

(1)将收集得到的藻类植物用蒸馏水清洗后采用离心处理，离心速度为2000～8000rpm，离心时间为5～30min，然后采用冷冻干燥进行烘干，所述的冷冻干燥具体为将藻类于-50～-90℃下冷冻0.5～3小时，然后逐步升温至15～45℃，保持15～45℃干燥5～40小时，整个干燥时间为36～62小时，研磨成粉末状，过4～70目，取筛下藻类粉末备用；

(2)将步骤(1)所得的藻类粉末按质量体积比1:20～150的比例与Fe²⁺/Fe³⁺混合液混合，单位g/mL，在50～100℃下搅拌0.5～2小时，得中间反应物，所述Fe²⁺/Fe³⁺混合液的总铁浓度为0.1～2.0mol/L，Fe²⁺：Fe³⁺的摩尔比＝1:0.5～5；

(3)向步骤(2)的中间反应物中加入质量浓度20～25wt％的氨水溶液搅拌混合，中间反应物与氨水溶液的质量体积比为1:5～25，单位g/mL，在50～90℃下搅拌1～8小时，反应过程在厌氧环境下进行，反应结束后冷却至室温，利用磁铁将产物析出，之后用去离子水洗涤、抽滤、真空干燥，过筛分级去除铁氧化物等杂质，得藻类质磁性阳离子型交换树脂。

本发明步骤(1)的冷冻干燥不会破坏细胞壁的化学成分，确保了藻类原有的吸附能力及吸附速度。