[发明专利]一种磁性碱土金属交联壳聚糖吸附剂的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料以及环境功能材料领域，具体地说，是一种磁性的碱土金属交联壳聚糖吸附剂的制备方法及其应用。

背景技术

随着工业化的高速发展，大量染料废水被排放到环境水体中，导致了环境水体的污染。染料废水的污染不仅严重危害了人类的饮水安全，也破坏了人类以及其他水生生物的生存环境。染料污染成分复杂，多以有机芳香环化合物为主，毒性强且难以降解。因此，染料降解已经是环境治理领域的热点课题之一。

目前常用的处理水体染料污染的方法包括化学法，物理法和生物法。其中，物理吸附法以其能耗低，操作简单，去除效率高，安全无毒等优点而备受青睐。壳聚糖是一种可以从自然界提取的储量丰富的低成本的生物聚合物，是一种可以用于吸附染料的良好的生物材料。与其他商业吸附剂相比，壳聚糖以其阳离子，高吸附能力，大分子结构，丰度高，价格低等特性受到很多关注。通过壳聚糖或其衍生物有效除去不同的染料已经被多次报道。为了提高壳聚糖材料在酸性条件下的稳定性以及吸附后的分离能力，本发明利用碱土金属离子与壳聚糖的配位反应以及利用交联剂进行交联来提高其稳定性，并且通过将复合材料包覆在磁性四氧化三铁颗粒表面来实现材料的高效分离。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种磁性的碱土金属交联壳聚糖吸附剂的制备方法，并将该材料应用于去除废水中的阴离子染料污染物。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种磁性的碱土金属交联壳聚糖吸附剂的制备方法，其步骤如下：

将壳聚糖粉末溶于0.5~2%的稀醋酸溶液中；按照5~10mmol/g壳聚糖加入碱土金属盐化合物，常温搅拌2~3h，形成均一的混合溶液；再按照四氧化三铁：壳聚糖质量比为（0.5~1.5）:1的比例向上述溶液中加入分散的磁性颗粒，继续搅拌2~3h后，调节溶液至中性；加入质量分数为2~5%的戊二醛进行交联；再加入氢氧化钠溶液使碱土金属交联壳聚糖包覆在四氧化三铁颗粒上沉淀析出；磁性分离沉淀后用水洗至中性，干燥后获得磁性的碱土金属-壳聚糖复合材料。

本发明还提供了一种磁性的碱土金属交联壳聚糖吸附剂在去除废水中阴离子染料的应用，以染料橙黄Ⅱ为例，其具体步骤为：

称取一定质量的吸附剂，加入到不同浓度的橙黄Ⅱ溶液中，调节pH值，室温下震荡或搅拌，反应结束后，用磁铁分离吸附剂，利用紫外-可见分光光度计测定吸附前后染料浓度变化，计算该吸附剂对橙黄Ⅱ的吸附容量。实验测试结果显示，本发明的吸附剂对橙黄Ⅱ吸附量大，可通过磁力快速分离；此外，吸附了橙黄Ⅱ的吸附剂用低浓度NaOH即可快速脱附，有利于回收染料和吸附剂的回收再利用。

与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：

本发明制得的磁性碱土金属交联壳聚糖吸附剂，成本低廉，工艺简单，在酸性条件下具有较好的稳定性，吸附容量高，易分离，有利于染料回收和吸附剂再利用，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为磁性碱土金属交联壳聚糖吸附剂吸附橙黄Ⅱ前后的对比图。

图2为磁性碱土金属交联壳聚糖吸附剂的磁性分离效果图。

图3为磁性碱土金属交联壳聚糖吸附剂的透射电镜图。

图4为磁性碱土金属交联壳聚糖吸附剂吸附橙黄Ⅱ前后的红外光谱图。

图5为磁性碱土金属交联壳聚糖吸附剂吸附不同浓度橙黄Ⅱ的吸附容量柱状图。

具体实施方式

以下提供一种磁性的碱土金属交联壳聚糖吸附剂的制备方法及其应用的具体实例。

实施例1

将壳聚糖粉末溶于2%的稀醋酸溶液中；按照5mmol/g壳聚糖加入无水氯化钙，常温搅拌2.5h，形成均一的复合溶液；按照四氧化三铁：壳聚糖质量比为1:1的比例向上述溶液中加入超声20分钟处理的纳米四氧化三铁颗粒，继续搅拌2.5h；待四氧化三铁颗粒搅拌均匀后，缓慢滴加氨水或者氢氧化钠使溶液呈中性；再加入质量分数为5%的戊二醛进行交联，搅拌3h；再加入氢氧化钠至碱性使钙交联壳聚糖包覆在四氧化三铁颗粒上沉淀析出；沉淀完全后分理出沉淀并用水洗至中性，干燥后获得磁性的钙-壳聚糖复合材料，外观为黑色固体颗粒。

实施例2

称取20mg的吸附剂，加入到初始浓度浓度分别为30，50，100，150，200，250，300，350，400 mg/L的橙黄Ⅱ溶液中，调节pH值约为2，室温下震荡或搅拌24h，反应结束后，用磁铁分离吸附剂，利用紫外-可见分光光度计测定吸附前后染料浓度变化，计算得该吸附剂对橙黄Ⅱ的吸附容量。