一種殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于殼聚糖應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著工業(yè)的發(fā)展，冶金、電鍍、礦山、化工等行業(yè)產(chǎn)生大量含重金屬的廢水。越來(lái)越多的重金屬進(jìn)入天然水體和土壤中，并對(duì)人體造成危害。水體重金屬污染已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)一大亟待解決的環(huán)境問(wèn)題。如何減少和控制重金屬污染一直是世界環(huán)保領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0003]廢水中重金屬離子的種類、含量及其存在形態(tài)隨不同生產(chǎn)種類而異。目前常用的從水溶液中去除重金屬的方法主要包括化學(xué)沉淀法、反滲透法、吸附法、膜分離法、混凝法、離子交換法、電化學(xué)法等。其中，吸附法是最有效和最廣泛使用的方法。與其它吸附材料相比，活性炭和螯合樹(shù)脂在工業(yè)水處理中使用越來(lái)越廣泛，但活性炭和商業(yè)螯合樹(shù)脂材料昂貴、成本太高。因此，低成本的來(lái)源于生物材料的殼聚糖被認(rèn)為是處理重金屬?gòu)U水的理想材料。
[0004]殼聚糖是一種天然的生物高分子化合物，分子中含有很多活潑的能夠與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合的氨基和羥基，可以作為一種高性能的重金屬離子捕集劑。但是，由于殼聚糖本身存在的難溶于水、易溶脹、受pH影響過(guò)大等缺點(diǎn)，使其必須要進(jìn)行適當(dāng)改性后才能更好地應(yīng)用于廢水處理中。硅膠具有較大的比表面積、化學(xué)惰性、生物相容性和熱穩(wěn)定性，將殼聚糖負(fù)載于硅膠上，生成殼聚糖-硅膠雜化材料，這樣不僅可以增加殼聚糖的比表面積和比重，同時(shí)也克服了殼聚糖作為吸附劑時(shí)存在的其他缺點(diǎn)。同時(shí)，吸附劑是磁性的，可直接加入廢水池進(jìn)行大面積的動(dòng)態(tài)吸附，也可用于處理含非磁性固態(tài)物質(zhì)的廢水，拓展了殼聚糖基吸附劑的應(yīng)用范圍。
[0005]本發(fā)明提供一種殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑，耐酸性好、機(jī)械強(qiáng)度高、固液分離容易、吸附速率快、可循環(huán)使用。該吸附劑的制備工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低廉且環(huán)境友好，可應(yīng)用于廢水中低濃度重金屬離子的無(wú)害化與資源化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑及其制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑，所述吸附劑由殼聚糖、硅膠、磁種和粘結(jié)劑組成，四種成分的質(zhì)量之比為1: (4-10): (0.05-0.5): (0.1-3)。
[0008]進(jìn)一步地，所述殼聚糖的脫乙酰度為80-95%，分子量為30-60萬(wàn)。
[0009]進(jìn)一步地，所述硅膠為粉狀層析硅膠，粒度為40-100目。
[0010]進(jìn)一步地，所述磁種為磁性稀土材料、天然磁鐵礦或磁性鐵氧體。
[0011]進(jìn)一步地，所述粘結(jié)劑為戊二醛、環(huán)氧氯丙烷、四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、KH-560硅烷偶聯(lián)劑和KH-570硅烷偶聯(lián)劑中的一種或一種以上。
[0012]如上所述的殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑的制備方法，采用液滴發(fā)生器噴射沉積成型，包括以下步驟:
[0013](1)原料預(yù)處理:配制殼聚糖溶液；將硅膠于100_120°C恒溫干燥箱中活化l_2h，磁種細(xì)磨至0.043mm以下；
[0014](2)共混:向步驟⑴的殼聚糖溶液中依次加入活化硅膠、磁種和粘結(jié)劑，共混2-5h ;其中，殼聚糖、活化硅膠、磁種和粘結(jié)劑的質(zhì)量之比為1: (4-10):(0.05-0.5):(0.1-3);
[0015](3)噴射沉積成型:共混液通過(guò)液滴發(fā)生器噴射成型，于堿液中沉積、老化2h，形成微球；
[0016](4)中溫干燥:將成型的微球從堿液中磁分離，去離子水洗滌，并干燥至不含水分，得到殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑。
[0017]步驟(1)所述殼聚糖溶液中，溶劑為甲酸水溶液、乙酸水溶液或稀鹽酸，溶質(zhì)殼聚糖的質(zhì)量百分比為1_5%。
[0018]步驟(3)所述堿液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液。
[0019]如上所述的殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑在吸附廢水中重金屬離子方面的應(yīng)用。
[0020]進(jìn)一步地，所述重金屬離子的濃度為5-500mg/L，所述重金屬離子為銅、鉛、鋅、鎳、鎘、汞和鉻中的一種或一種以上。
[0021]進(jìn)一步地，所述殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑作為固定相充填于吸附柱或吸附塔，直接加入廢水池，或在廢水出口設(shè)置充填吸附劑的格柵，動(dòng)態(tài)吸附重金屬離子。
[0022]本發(fā)明采用殼聚糖作為吸附重金屬離子的有機(jī)功能分子，活化硅膠作為無(wú)機(jī)載體，細(xì)磨磁性粉作為磁種，輔以粘結(jié)劑，通過(guò)共混-噴射沉積成型-中溫干燥的方法，得到了一種類球形吸附劑。
[0023]由于具有吸附作用的殼聚糖材料以薄膜形式均勻負(fù)載于硅膠顆粒上，本發(fā)明制備的吸附劑吸附速率快，對(duì)溶液中重金屬離子的吸附僅30min即可達(dá)到飽和，這種吸附速率是一般吸附樹(shù)脂不可比擬的。
[0024]本發(fā)明制備的殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑，以硅膠作為中心支撐體，具有非常優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度；具有優(yōu)良的耐酸性，在強(qiáng)酸溶液中具有很好的穩(wěn)定性。
[0025]本發(fā)明制備的殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑，具有較好的再生性和重復(fù)使用性。將吸附了重金屬離子的吸附劑洗脫、再生，再用去離子水沖洗至中性后中溫烘干，即可重復(fù)使用。
[0026]本發(fā)明制備的殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑，可以方便地應(yīng)用于低濃度含重金屬?gòu)U水的處理，操作簡(jiǎn)單、不造成二次污染。該磁性吸附劑可作為固定相充填于吸附柱或吸附塔，動(dòng)態(tài)吸附重金屬離子，也可以直接加入廢水池或在廢水出口設(shè)置充填吸附劑的格柵，吸附完成后可方便地通過(guò)磁選法進(jìn)行固液分離。
[0027]本發(fā)明提供的吸附劑的制備方法，原料來(lái)源廣泛、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、可循環(huán)使用且環(huán)境友好，可采用磁選法液固分離，易于工業(yè)應(yīng)用，可應(yīng)用于廢水中低濃度重金屬離子的無(wú)害化與資源化，應(yīng)用前景廣闊，具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑的掃描電鏡圖。
[0029]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑的能譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施例1
[0031]1.殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑制備步驟:
[0032](1)稱取4g殼聚糖，向其中加入體積百分濃度為2%的乙酸水溶液100ml，攪拌均勻后靜置至殼聚糖全部溶解，得到殼聚糖溶液；稱取30g硅膠￠0-100目)在110°C恒溫干燥箱中活化2h備用；將磁鐵礦粉細(xì)磨至0.043mm以下，稱取0.2g備用；量取四甲氧基硅烷粘結(jié)劑2ml備用；
[0033](2)向上述配制好的殼聚糖溶液中依次加入活化的硅膠、磁種、粘結(jié)劑，共混4h ;
[0034](3)將混合均勻的共混液通過(guò)液滴發(fā)生器噴射成型，然后轉(zhuǎn)入2mol/L的氫氧化鈉溶液中沉積、老化2h ;
[0035](4)用磁鐵塊將成型的吸附劑微球從堿液中分離，再用去離子水洗滌至中性，在50°C條件下干燥至不含水分，得到