[发明专利]一种吸附重金属的贝壳粉壳聚糖复合微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种吸附重金属的贝壳粉壳聚糖复合微球及其制备方法，复合微球中壳聚糖粉末和贝壳粉的重量比为1:0.3‑0.45。其制备方法为：将贝壳用酸浸泡，洗净，烘干，煅烧，研磨得粗贝壳粉；粉碎得纳米贝壳粉；将壳聚糖粉末和贝壳粉液滴成型，交联改性，清洗干净，烘干得复合微球；将复合微球加入到含硫脲及环氧氯丙烷溶液中，反应得复合微球产品。本发明复合微球综合了贝壳粉和壳聚糖的优势，贝壳粉的加入不仅增加壳聚糖载体的机械稳定性，而且可以提高载体与过渡金属的络合能力，可实现重金属的回收再利用；本发明制备方法制备的微球具有高单分散性，微球粒径大小、形貌、粒径和组分均可控，粒径均匀，机械强度高。

技术领域

本发明涉及环保材料技术领域，尤其是涉及一种吸附重金属的贝壳粉壳聚糖复合微球及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展，矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水（含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子）是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害。20世纪60年代震惊世界的日本公害病-水俣病和痛痛病，就是分别由含汞废水和含镉废水污染水体造成的。处理重金属离子废水的技术目前有有化学沉淀法、电化学法、吸附法和膜分离法等；还有一些新的技术如纳米技术、光催化法、新型介孔材料和基因处理技术等。其中利用绿色环保、价格低廉的天然吸附剂治理废水中重金属污染近年来更是受到普遍关注。

随着人们对于贝类软体部分的开发，造成大量的废弃贝壳资源，这些贝壳被大量堆积起来，未能得到有效的利用，贝壳上残余的软体组织发生腐败变质从而产生一系列有毒有害的物质，从而对环境造成不可避免的伤害，将贝壳粉加以利用，有利于治理日益严重的环境污染问题。贝壳粉的主要成分为碳酸钙，含少量氧化钙、氢氧化钙等钙化物，其本身又为多孔纤维状双螺旋体结构，高强度，多孔性，贻贝贝壳微纳米骨架结构具有多孔性，尺寸可控制在100纳米到5微米之间，贝壳粉自身对重金属就具有良好的吸附效果。此外，微纳米尺寸通常显示比正常尺寸相同的材料有更高的反应活性和吸附能力，纳米技术已经逐渐应用于污水处理领域中。但是，对于纳米贝壳粉复合材料在污水处理方面的研究还很少。

壳聚糖是甲壳素部分脱乙酰后的产物，凭借其丰富的官能团组成、生物相容性、生物可降解性和无毒性，壳聚糖对许多物质具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和与氨基相临的羟基与许多金属离子（如Hg²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、pb²⁺、CA²⁺、Ag⁺等）能形成稳定的螯合物，用于治理重金属废水、净化自来水及在湿法冶金中分离金属离子等。日本是最早利用壳聚糖治理废水的国家，每年用量达500吨；美国环保局也已批准将壳聚糖用于饮用水的纯化。此外，壳聚糖能通过络合及离子交换的作用，对染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酶、卤素等进行吸附，用于染料废水、印染废水、食品工业废水的处理，从而净化环境，保护人类健康。然而，壳聚糖的比重和机械强度较低，并且对酸碱不稳定，这些不足之处限制了其应用的推广。为改善壳聚糖的使用性能，可将其固定在无机物上制备有机无机复合吸附剂。贝壳是一类有机无机复合的生物矿化材料，其组成中碳酸钙约占95%，其余5%是蛋白质和多糖等有机质，这种特殊结构使贝壳粉体天生具有较好的有机亲和性。利用贝壳粉自身在水中的沉水性能，吸附去除重金属的贝壳粉壳聚糖复合微纳米球通过沉淀过滤能够很好的从水中分离，回收。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种吸附重金属的贝壳粉壳聚糖复合微球，该复合微球具有较高的吸附容量和更快的吸附速率，吸附重金属的能力强，具有抗菌性，可重复利用性强，在经历6次吸附-脱附循环后依然表现出较强的吸附能力。