一種殼聚糖-硅膠雜化磁性吸附劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于殼聚糖應用技術領域，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用。
【背景技術】
[0002]目前，隨著工業(yè)的發(fā)展，冶金、電鍍、礦山、化工等行業(yè)產生大量含重金屬的廢水。越來越多的重金屬進入天然水體和土壤中，并對人體造成危害。水體重金屬污染已經成為世界范圍內一大亟待解決的環(huán)境問題。如何減少和控制重金屬污染一直是世界環(huán)保領域的熱點問題。
[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，活性炭和螯合樹脂在工業(yè)水處理中使用越來越廣泛，但活性炭和商業(yè)螯合樹脂材料昂貴、成本太高。因此，低成本的來源于生物材料的殼聚糖被認為是處理重金屬廢水的理想材料。
[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影響過大等缺點，使其必須要進行適當改性后才能更好地應用于廢水處理中。硅膠具有較大的比表面積、化學惰性、生物相容性和熱穩(wěn)定性，將殼聚糖負載于硅膠上，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，同時也克服了殼聚糖作為吸附劑時存在的其他缺點。同時，吸附劑是磁性的，可直接加入廢水池進行大面積的動態(tài)吸附，也可用于處理含非磁性固態(tài)物質的廢水，拓展了殼聚糖基吸附劑的應用范圍。
[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、機械強度高、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程簡單、成本低廉且環(huán)境友好，可應用于廢水中低濃度重金屬離子的無害化與資源化。

【發(fā)明內容】

[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。為實現上述目的，采用以下技術方案:
[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、磁種和粘結劑組成，四種成分的質量之比為1: (4-10): (0.05-0.5): (0.1-3)。
[0008]進一步地，所述殼聚糖的脫乙酰度為80-95%，分子量為30-60萬。
[0009]進一步地，所述硅膠為粉狀層析硅膠，粒度為40-100目。
[0010]進一步地，所述磁種為磁性稀土材料、天然磁鐵礦或磁性鐵氧體。
[0011]進一步地，所述粘結劑為戊二醛、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、磁種和粘結劑，共混2-5h ;其中，殼聚糖、活化硅膠、磁種和粘結劑的質量之比為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，溶質殼聚糖的質量百分比為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用。
[0020]進一步地，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，或在廢水出口設置充填吸附劑的格柵，動態(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功能分子，活化硅膠作為無機載體，細磨磁性粉作為磁種，輔以粘結劑，通過共混-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載于硅膠顆粒上，本發(fā)明制備的吸附劑吸附速率快，對溶液中重金屬離子的吸附僅30min即可達到飽和，這種吸附速率是一般吸附樹脂不可比擬的。
[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)異的機械強度；具有優(yōu)良的耐酸性，在強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，可以方便地應用于低濃度含重金屬廢水的處理，操作簡單、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置充填吸附劑的格柵，吸附完成后可方便地通過磁選法進行固液分離。
[0027]本發(fā)明提供的吸附劑的制備方法，原料來源廣泛、制備工藝簡單、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)應用，可應用于廢水中低濃度重金屬離子的無害化與資源化，應用前景廣闊，具有重要的經濟和環(huán)保意義。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實施例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。
【具體實施方式】
[0030]實施例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；將磁鐵礦粉細磨至0.043mm以下，稱取0.2g備用；量取四甲氧基硅烷粘結劑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、粘結劑，共混4h ;
[0034](3)將混合均勻的共混液通過液滴發(fā)生器噴射成型，然后轉入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