一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑，為金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球；制備方法的具體步驟為：將殼聚糖粉末溶解在2％的醋酸溶液中；加入0.1mol／L的氧氯化鋯，常溫攪拌2～3h，形成均一的復(fù)合溶液；向上述溶液以噴霧的方式噴入氨水或氫氧化鈉溶液將其固化，得到固化后的溶液；再加入質(zhì)量分數(shù)為5％的戊二醛溶液進行交聯(lián)；攪拌2～4h；將其放入2～6℃的環(huán)境下繼續(xù)交聯(lián)10～14h；交聯(lián)反應(yīng)后用去離子水洗滌至中性，冷凍干燥后獲得金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球。本發(fā)明制備的金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球吸附劑，抗酸性能良好，吸附容量高，密度大于水，實現(xiàn)自然沉降分離，操作簡單，環(huán)境友好，成本低廉，具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑及其制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境新功能材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，是一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑及其制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002] 染料與我們的生活息息相關(guān)，多彩的世界離不開染料。但是，染料的生產(chǎn)和使用會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，這是主要的有害工業(yè)廢水之一。染料廢水中有機物大部分是芳香化合物，且?guī)в酗@色基團，有很強的污染性。染料廢水多呈酸性會直接影響水體正常pH，且污染物組分復(fù)雜、含量高，色度、化學需氧量和生物需氧量較高，再加上新型染料品種增多，并朝著抗光解、抗氧化、抗降解的方向發(fā)展，使得染料廢水的處理難度加大。
[0003]目前，用于染料廢水的處理方法有化學法、物理化和生化法。其中物理法具有操作簡單、污染小、效果明顯等特點被大量采用。其中活性炭吸附法特別適用于降解較難的染料廢水的處理，但在實際應(yīng)用中由于固液分離難，無法實現(xiàn)回收和循環(huán)使用。近年來，生物材料吸附劑因廉價、高效、操作方便、易再生及環(huán)境友好等優(yōu)點而備受科研工作者的關(guān)注。其中，殼聚糖(chitosan)作為一種天然高分子材料吸附劑在水處理領(lǐng)域得到高度重視和廣泛研究。殼聚糖分子鏈上的大量氨基和羥基基團具有很高的反應(yīng)活性，對金屬離子有穩(wěn)定的配位作用，可以作為金屬離子的捕獲劑來處理工業(yè)廢水。它與傳統(tǒng)的吸附劑相比具有獨特的優(yōu)點:來源廣泛、反應(yīng)活性好、螯合力強、吸附效率高、無二次污染、易降解。然而，殼聚糖本身也存在問題，如在酸性溶液中易溶解、沉降慢、穩(wěn)定性差等，從而影響其應(yīng)用。要使殼聚糖材料應(yīng)用于工業(yè)廢水的處理須從以下4個方面進行改性:(I)提高耐酸性；(2)增加活性位點；(3)增強穩(wěn)定性；(4)可循環(huán)使用。因此我們利用金屬鋯離子與殼聚糖的配位反應(yīng)來增強復(fù)合物的穩(wěn)定性，其中鋯的四價態(tài)離子可以提高復(fù)合物表面的電荷從而增加吸附位點，再利用交聯(lián)劑對復(fù)合材料進行交聯(lián)以提高其耐酸性能。最后，根據(jù)不同的吸附對象，通過研究不同的脫附劑從而實現(xiàn)吸附劑的循環(huán)利用。
[0004]本發(fā)明利用殼聚糖聚合物鏈上的氨基、羥基等功能基團能與金屬鋯離子形成配合物的特性，在一定實驗條件下制備兩者的復(fù)合溶液；采用噴霧的方式將堿液(氨水或氫氧化鈉)噴入上述溶液中進行固化，再用交聯(lián)劑(戊二醛或甲醛)對其進行交聯(lián)，進行后處理獲得金屬錯殼聚糖復(fù)合微球。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0007]—種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑，為金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球；其中，金屬鋯占金屬錯殼聚糖復(fù)合微球的質(zhì)量分數(shù)為15~30%,優(yōu)選為20%。
[0008]一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑的制備方法，其具體步驟為:[0009]將殼聚糖粉末溶解在2%的醋酸溶液中，殼聚糖粉末的質(zhì)量與醋酸溶液的體積比值為I~2: 100，優(yōu)選為1.5: 100 ;加入0.1mol / L的氧氯化鋯，常溫攪拌2~3h，形成均一的復(fù)合溶液；向上述溶液以噴霧的方式噴入氨水或氫氧化鈉溶液將其固化，得到固化后的溶液；再加入質(zhì)量分數(shù)為5%的戊二醒溶液進行交聯(lián)，固化后的溶液和戊二醒溶液的體積比20~40: 1，優(yōu)選為30: I ;攪拌2~4h ;將其放入2~6°C的環(huán)境下繼續(xù)交聯(lián)10~14h，優(yōu)選為12h ;交聯(lián)反應(yīng)后用去離子水洗滌至中性，冷凍干燥后獲得金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球。
[0010]本工藝采用噴霧的方式，這樣有利于顆粒變小而且容易成球；且易于工業(yè)化生產(chǎn)；而滴加法無法適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)。
[0011]一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑在去除廢水中的應(yīng)用，其具體步驟為:
[0012]將陰離子染料吸附劑加入到含有陰離子染料中，溫度為:4~40°C，濃度為25~300mg / L，pH值為2~12的水溶液中，攪拌24h，然后過濾分離，干燥得到吸附染料的金屬殼聚糖吸附劑；然后，將吸附染料的金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球加入到含有脫附劑的水溶液中，攪拌數(shù)分鐘后，過濾，可分別得到染料溶液和金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球，從而實現(xiàn)染料回收和吸附劑循環(huán)使用的目的。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:
[0014](I)本發(fā)明的金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球吸附劑，在酸性條件下具有良好的穩(wěn)定性，能夠高效地去除陰離子染料 分子。由于陰離子染料分子在水溶液中以帶負電的形態(tài)存在，易于金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球中帶正電的四價鋯離子作用，從而達到高效去除陰離子染料的目的。如200mg / L的橙黃II染料采用本發(fā)明的吸附劑吸附，最大吸附量高達859mg / g。
[0015](2)由于本發(fā)明的金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球在堿性條件下對陰離子染料吸附能力非常弱，所以堿性溶液是很好的脫附劑，可以破壞陰離子染料分子與金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球中鋯的作用?？蛇x用的堿性脫附劑包括:氫氧化鈉、氨水、碳酸鈉、碳酸氫鈉等。實驗表明:氫氧化鈉的脫附效果最佳，且濃度只需0.05mol / L，完全可以使得被吸附物質(zhì)進行脫附，可實現(xiàn)金屬鋯殼聚糖吸附劑的重復(fù)使用和染料的回收利用。
[0016](3)本發(fā)明制備的金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球吸附劑，密度大于水，可實現(xiàn)自然沉降分離，操作簡單，環(huán)境友好，成本低廉，其吸附劑吸附容量高，具有良好的應(yīng)用前景。
【【具體實施方式】】
[0017]以下提供本發(fā)明一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑及其制備方法的【具體實施方式】。
[0018]實施例1-11
[0019]稱取制備好的金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球20mg分別加入lOOmL，pH = 2，3，4，5，6，7，8,9,10,11,12 的 50mg / L 和 IOOmg / L 橙黃 II 染料溶液中，其中，pH = 2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12分別對應(yīng)實施例1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11 ;室溫攪拌24h，靜置分離，使用紫
外-可見分光光度法測定溶液中的染料濃度，廢水中染料吸附量以及去除率測試結(jié)果見表
I。由表1的測試結(jié)果可知，當溶液的pH值小于5時，金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球?qū)θ玖系奈搅拷咏畲笪搅浚瑢θ玖系娜コ蚀笥?5% ;當溶液的pH值大于11時，金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球?qū)θ玖蠋缀鯖]有吸附，去除率小于11%。由此可見，強酸性條件下，金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球?qū)θ玖暇哂辛己玫奈叫Ч鴱妷A性溶液可以作為金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球的脫附溶液。
[0020]表1:
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑，其特征在于，其為金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球；金屬錯占金屬錯殼聚糖復(fù)合微球的質(zhì)量分數(shù)為15~30%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑，其特征在于，金屬鋯占金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球的質(zhì)量分數(shù)為20%。
3.一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑的制備方法，其特征在于，其具體步驟為: 將殼聚糖粉末溶解在2%的醋酸溶液中，殼聚糖粉末的質(zhì)量與醋酸溶液的體積比值為1~2: 100 ;加入0.1mol / L的氧氯化鋯，常溫攪拌2~3h，形成均一的復(fù)合溶液；向上述溶液以噴霧的方式噴入氨水或氫氧化鈉溶液將其固化，得到固化后的溶液；再加入質(zhì)量分數(shù)為5%的戊二醒溶液進行交聯(lián)，固化后的溶液和戊二醒溶液的體積比20~40: 1 ;攪拌2~4h ;將其放入2~6°C的環(huán)境下繼續(xù)交聯(lián)10~14h ;交聯(lián)反應(yīng)后用去離子水洗滌至中性，冷凍干燥后獲得金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球。
4.一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑在去除廢水中的應(yīng)用，其特征在于，其具體步驟為:將陰離子染料吸附劑加入到含有陰離子染料中，溫度為:4~40°C，濃度為25~300mg / L，pH值為2~12的水溶液中，攪拌24h，然后過濾分離，干燥得到吸附染料的金屬殼聚糖吸附劑；然后，將吸附染料的金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球加入到含有脫附劑的水溶液中，攪拌數(shù)分鐘后，過濾，可分別得到染料溶液和金屬鋯殼聚糖復(fù)合微球。
5.如權(quán)利要求4所述的一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑在去除廢水中的應(yīng)用，其特征在于，對陰離子染料的吸附容量高達859mg / g。
6.如權(quán)利要求4所述的一種高效去除廢水中陰離子染料吸附劑在去除廢水中的應(yīng)用，其特征在于，當去除效果大于99%，金屬鋯殼聚糖吸附劑與廢水陰離子染料的質(zhì)量為1:5000。
【文檔編號】C02F103/30GK103894159SQ201410145571
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】張玲帆, 張文清, 陳林梟, 夏瑋, 徐志珍 申請人:華東理工大學