一种用于重金属处理的可回收磁性吸附材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于重金属处理的可回收磁性吸附材料的制备方法，该方法选用无毒的壳聚糖(CS)作为载体，然后将Fe3O4和MOFs材料负载在其表面，合成一种新的复合材料，其中MOFs和CS的质量比1:4～4:1，Fe3O4和CS的质量比为1:4～4:1，采用2,2‑氮杂双(2‑咪唑啉)二盐酸盐作为引发剂在40℃～80℃的恒温水浴中搅拌30min～150min，所述引发剂浓度为0.5mmoL·L

A Method for Preparing Recoverable Magnetic Adsorptive Materials for Heavy Metal Treatment

The present invention relates to a preparation method of recoverable magnetic adsorbent material for heavy metal treatment. The method uses non-toxic chitosan (CS) as carrier, then loads Fe3O4 and MOFs materials on its surface to synthesize a new composite material. The mass ratio of MOFs to CS is 1:4-4:1, the mass ratio of Fe3O4 to CS is 1:4-4:1, and the mass ratio of Fe3O4 to CS is 1:4:1, and 2-azadiazadiazoline dihydrochloride is used. As an initiator, stirring for 30 to 150 minutes in a constant temperature water bath at 40 ~80, the concentration of initiator is 0.5 mmol L.

【技术实现步骤摘要】
一种用于重金属处理的可回收磁性吸附材料的制备方法
本专利技术涉及能源环保领域，特别涉及一种用于重金属处理的可回收的磁性吸附材料的制备。
技术介绍
随着工业的快速发展，重金属、染料等污染物引起了严重的水污染问题。锑(Sb)是一种具有潜在毒性和致癌性的类金属元素，广泛存在于人类的生活环境中。目前，锑污染已成为一个严重的全球性问题，其污染源主要来自化石燃料和含锑废物的燃烧以及采矿活动。全世界每年生产二极管、电池和阻燃剂将消耗大量的锑，引发严重的锑污染问题。在锑开采和熔炼时也容易造成严重的土壤污染，给周围地区的居民带来一定的健康威胁。锑是一种粉状元素。工业废水是重金属锑的重要来源之一，锑及其化合物广泛用于各种工业产品的生产，例如陶瓷、弹药、玻璃、电池、油漆、烟火材料的生产。其中弹药和阻燃剂中所含的Sb是对人体非常有害的物质，在环境中存在许多。Sb的化学性质类似于砷，在环境中，Sb(Ⅲ)和Sb(V)是主要的氧化态，锑的毒性和迁移率取决于其氧化状态，Sb(Ⅲ)的有害性是Sb(V)的10倍。因此探索和研究高效去除Sb(Ⅲ)具有必要性。目前锑的去除方法主要包括电化学分析法、离子交换法、萃取法、膜分离法和吸附法。电化学方法主要具有混凝、吸附、浮选、氧化、微电解等功能。在污水处理过程中，经常采用电混凝、电吸附、电浮选和电氧化工艺。电凝聚是以阳极材料的电解氧化和混凝剂的原位生成为基础的。离子交换的机理与吸附机理相似，两者都能从溶液中吸收溶质。离子交换是一个化学反应过程，而吸附是一个物理过程。萃取是指在溶解度或分配系数不同的情况下，物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。通过反复转移提取，可以萃取大部分材料，该技术目前还不成熟。膜分离技术是一种新型的水处理技术。膜分离技术的机理是膜的选择透过性，适用条件是膜边之间的压差或动力电位差。与传统的混凝、沉淀、离子交换、膜分离技术相比，吸附技术具有成本低、污泥产量少、操作简单、再生能力强等优点，仍然是一种高效的锑净化技术。吸附效果主要取决于两个方面：吸附剂的化学性质和被吸附的物质。壳聚糖是天然有机化合物，是目前广为研究的重要吸附材料，具有去除重金属有效性、适用性，但也存在对重金属的选择性。实验研究发现，壳聚糖对重金属Sb(Ⅲ)无效。本方法提出了去除重金属Sb(III)的一种方法，集中了对Sb去除的适用性、可回收性、高效性等优点，与传统的吸附剂相比具有更多的优点，克服了壳聚糖材料吸附Sb的缺点。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种用于重金属处理的可回收磁性吸附材料的制备方法，该复合材料CMC作为吸附剂，可以有效的应用于吸附重金属Sb，尤其是Sb(Ⅲ)。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于重金属处理的可回收磁性吸附材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将Fe3O4磁性纳米颗粒超声分散在含有去离子水的三颈烧瓶中，形成悬浮液A；将MOFs和CS溶于烧杯中充分搅拌形成稳定的悬浮液B，MOFs和CS的质量比1:4～4:1；S2:按照Fe3O4和CS的质量比为1:4～4:1，将悬浮液B逐滴注入悬浮液A中，并快速搅拌形成均匀稳定的悬浮液，再通过用纯N2鼓泡使反应溶液完全脱氧；S3：将引发剂2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸盐加入到S2中完全脱氧后的反应溶液中，并在40℃～80℃的恒温水浴中搅拌30min～150min，所述引发剂浓度为0.5mmoL·L-1～1.5mmoL·L-1，反应完成后自然冷却并继续交联2h以上；S4：将S3得到的悬浮液倒入容器中，纯化数次，然后利用磁铁进行分离，放入真空烘箱中，真空干燥至不含水分，即得复合材料CMC。作为改进，所述Fe3O4：CS：MOFs在质量比为1：2：2。作为改进，所述S3中的恒温水浴的温度为60℃。作为改进，所述S3中恒温水浴反应时间为90min。作为改进，所述S3中引发剂的浓度为1.25mmoL·L-1。作为改进，所述S3中真空干燥温度为40℃，时间为12h。作为改进，所述S1中的Fe3O4磁性纳米颗粒采用如下方法合成：称量六水三氯化铁和无水乙酸钠加入乙二醇中，并在常温下搅拌，使其充分溶解混合，六水三氯化铁与无水乙酸钠及乙二醇的质量体积比为1g:2.67g:37.04mL，然后将溶液转移到聚四氟乙烯内衬的高压釜中，在200℃下反应8小时，待冷却到室温后，用纯水和乙醇分别清洗数次，然后用磁铁收集黑色磁性纳米颗粒，最后在60℃下真空持续干燥12小时；将上述得到的Fe3O4纳米颗粒浸入到配制好的3-(异丁烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧烷)硅烷和乙醇的混合溶液中，并在30℃下搅拌反应12h，然后在外部磁场下收集产物，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，放入到真空烘箱中，调节温度为40℃持续干燥12小时。作为改进，所述S1中的MOFs采用如下方法合成：称量均苯三甲酸和六水FeCl3溶液，苯三甲酸和六水FeCl3溶液的mol比为1:1，然后加水搅拌使两者充分溶解，并混合均匀，然后加入到高压釜中，并置于200℃的烤箱中，持续反应8h，经冷却至室温后，分别用乙醇、N,N-二甲基甲酰胺和水三次离心，在6000转速下离心8min，最后在80℃真空下干燥，合成了以Fe为中心的金属有机骨架材料mil-100(Fe)即MOFs。一种可回收磁性吸附材料的应用，所述可回收磁性吸附材料应用于去除除重金属Sb。相对于现有技术，本专利技术至少具有如下优点：1、本专利技术考虑到磁性MOFs现存在的问题，选用绿色无毒的壳聚糖(CS)作为载体，然后将Fe3O4和MOFs材料负载在其表面，合成一种新的复合材料。一方面改善MOFs材料在水环境中的分散性，另一方面提高MOFs在水中的可回收性，又可增强壳聚糖的功能作用，从而拓宽MOFs材料与壳聚糖的应用范围。2、本专利技术以Fe3O4为主要原料，用壳聚糖和MOFs通过羟基、氨基等基团架桥连接，引发剂用来增加体系中的活性自由基，提供中心活性位点，制备出磁性材料与MOFs改性的复合磁性壳聚糖材料。CS是天然廉价的有机高分子化合物，且具有较好的吸附性能。金属有机框架(MOFs)具有高效的吸附性能，去除重金属效果好。磁性纳米材料兼具吸附和易可回收性。以Fe3O4、壳聚糖和MOFs为主要原料制备的CMC是一种磁性有机和无机复合的且性能良好的吸附材料。同时用此方法合成的磁性复合材料操作简单，生产过程中不会产生有毒有害物质，其原料价格也低廉且可以通过外部磁场回收再利用，这极大地节约了应用成本。3、磁性有机骨架材料可以通过一定的方式，加强其在环境下的分散性，改善其吸附重金属的性能。故复合材料CMC可以稳定的分布在水体中，且凭借着良好的磁性效能，可以得到很好的回收在使用。而且壳聚糖本身绿色无毒，具有较好的吸附效果，以其作为载体不会对水体造成二次污染。同时磁性有机骨架材料有着独特的介孔结构和优异的吸附性能，而壳聚糖的加入更加发挥了两种材料的优势，三者材料的结合会伴随着其表面官能团的物理化学反应。附图说明图1为CS和MOFs配比对Sb(Ⅲ)去除率的影响。图2为Fe3O4和CS配比对Sb(Ⅲ)去除率的影响。图3为反应温度对Sb(Ⅲ)去除率的影响。图4为反应时间对Sb(Ⅲ)去除率的影响。图5为引发剂对Sb(Ⅲ)去除率的影响。图6为三种材料的磁滞回线。具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于重金属处理的可回收磁性吸附材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将Fe3O4磁性纳米颗粒超声分散在含有去离子水的三颈烧瓶中，形成悬浮液A；将MOFs和CS溶于烧杯中充分搅拌形成稳定的悬浮液B，MOFs和CS的质量比1:4～4:1；S2:按照Fe3O4和CS的质量比为1:4～4:1，将悬浮液B逐滴注入悬浮液A中，并快速搅拌形成均匀稳定的悬浮液，再通过用纯N2鼓泡使反应溶液完全脱氧；S3：将引发剂2,2‑氮杂双(2‑咪唑啉)二盐酸盐加入到S2中完全脱氧后的反应溶液中，并在40℃～80℃的恒温水浴中搅拌30min～150min，所述引发剂浓度为0.5mmoL·L

【技术特征摘要】
1.一种用于重金属处理的可回收磁性吸附材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将Fe3O4磁性纳米颗粒超声分散在含有去离子水的三颈烧瓶中，形成悬浮液A；将MOFs和CS溶于烧杯中充分搅拌形成稳定的悬浮液B，MOFs和CS的质量比1:4～4:1；S2:按照Fe3O4和CS的质量比为1:4～4:1，将悬浮液B逐滴注入悬浮液A中，并快速搅拌形成均匀稳定的悬浮液，再通过用纯N2鼓泡使反应溶液完全脱氧；S3：将引发剂2,2-氮杂双(2-咪唑啉)二盐酸盐加入到S2中完全脱氧后的反应溶液中，并在40℃～80℃的恒温水浴中搅拌30min～150min，所述引发剂浓度为0.5mmoL·L-1～1.5mmoL·L-1，反应完成后自然冷却并继续交联2h以上；S4：将S3得到的悬浮液倒入容器中，纯化数次，然后利用磁铁进行分离，放入真空烘箱中，真空干燥至不含水分，即得复合材料CMC。2.如权利要求1所述的可回收磁性吸附材料的制备方法，其特征在于：所述Fe3O4：CS：MOFs在质量比为1：2：2。3.如权利要求1或2所述的可回收磁性吸附材料的制备方法，其特征在于：所述S3中的恒温水浴的温度为60℃。4.如权利要求3所述的可回收磁性吸附材料的制备方法，其特征在于：所述S3中恒温水浴反应时间为90min。5.如权利要求4所述的可回收磁性吸附材料的制备方法，其特征在于：所述S3中引发剂的浓度为1.25mmoL·L-1。6.如权利要求5所述的可回收磁性吸附材料的制备方法，其特征在于：所述S3中真空干...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱国成，詹浩，
申请(专利权)人：重庆音波科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50