[发明专利]一种两性磁性壳聚糖吸附剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种两性磁性壳聚糖吸附剂的制备方法和应用，通过溶剂热“一锅法”合成磁性壳聚糖，在戊二醛的作用下通过席夫碱反应制得硫脲修饰的磁性壳聚糖；再在催化剂的作用下将磁性壳聚糖表面通过酰胺化反应接枝羧基制得两性磁性壳聚糖吸附剂。本发明涉及一种两性磁性壳聚糖吸附剂的设计、合成方法及其吸附性能,通过设计制备出的吸附剂不仅可以同时对带负电荷和带正电荷的重金属例子进行吸附，而且对不同的重金属离子都具有非常优异的吸附性能和吸附选择性,合成方法简单,利于工业化生产。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种两性磁性壳聚糖吸附剂的制备方法及其用于水体中重金属的去除。

背景技术

壳聚糖因是自然界中最丰富的天然聚合物之一，具有亲水性、可生物降解性、对生物无害、易于化学衍生等优点，且在大分子链上具有大量的官能团(NH₂和OH)，可以螯合重金属成为一种很有前途的吸附材料。但其机械强度较低、在酸性溶液中容易溶解、碳水化合物等有机物易浸出等缺点严重，这些缺点阻碍了从水体中吸附重金属的应用，因此很多学者对壳聚糖进行了改性，从而提高指了壳聚糖对重金属的吸附能力。例如Zhang meng等用硫脲交联戊二醛，在于与羧甲基化壳聚糖反应，对一价阳离子Ag+的吸附量为156mg/g(Zhang M,Zhang Y,Helleur R.Selective adsorption of Ag+by ion-imprinted O-carboxymethyl chitosan beads grafted with thiourea–glutaraldehyde[J].ChemicalEngineering Journal,2015,264:56-65)；Yanjun Huang等合成的DTPA/CS材料对二价阳离子Pb²⁺、Cd²⁺和Cu²⁺的吸附量分别达到了106mg/g，126mg/g和115.5mg/g(Huang Y,Wu H,ShaoT,et al.Enhanced copper adsorption by DTPA-chitosan/alginate composite beads:Mechanism and application in simulated electroplating wastewater[J].ChemicalEngineering Journal,2018,339:322-333.)；Li Ronghua等通过“一锅法”制得的硫代卡巴肼修饰的壳聚糖衍生物，对阴离子Cr(VI)的最大吸附量达到144mg/g，(Li R,Liang W,LiM,et al.Removal of Cd(II)and Cr(VI)ions by highly cross-linkedThiocarbohydrazide-chitosan gel[J].International Journal of BiologicalMacromolecules,2017,104:1072-1081.)。

然而，大部分的吸附剂只具有单一的官能团，导致不仅对重金属的吸附量低，而且只能吸附单一或同形态的重金属，但是水体中含有不同形态的重金属，有带正电荷的阳离子如Hg(II)，Pb(II)，Cu(II)，Zn(II)，Cd(II)等，也有带有负电荷的阴离子如Cr(VI)。两性纤维素是改性纤维素中的一种，主要作为多功能吸附剂使用，因其性能独特、吸附优势显著而受到广泛关注。两性纤维素是指纤维素分子链上同时接枝有阳离子基团(胺基、叔胺基、季铵基等)和阴离子基团(羧基、磺酸基、磷酸酯基等)的改性纤维素，可同时展现出离子交换和螯合等吸附作用，可实现对阴、阳两种离子型污染物的共同吸附，与单一基团的吸附剂相比，它在吸附效率和吸附容量上有显著优势。