一种改性填料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种改性填料，其特征在于，由壳聚糖粘性凝胶包裹填料玻璃球组成，其中壳聚糖粘性凝胶质量分数为25‑30％，所述填料玻璃球与壳聚糖粘性凝胶质量分数和为100％。本发明专利技术还公开了一种改性填料的制备方法，步骤为：制备壳聚糖凝胶；通过壳聚糖凝胶制备壳聚糖粘性凝胶；将壳聚糖粘性凝胶置于乳酸溶液中，将经过处理得到的填料玻璃球放入含有壳聚糖粘性凝胶的乳酸溶液中，使填料玻璃球上包覆壳聚糖粘性凝胶，经调节pH清洗干燥后得到改性填料。本发明专利技术制得的改性填料对重金属离子去除率高；无毒无味，对环境友好，对水体不会造成二次污染，对水体中的其它生物无伤害。

【技术实现步骤摘要】
一种改性填料及其制备方法
本专利技术涉及污水净化过滤领域，具体地指一种改性填料及其制备方法。
技术介绍
用规则性或非定型颗粒(体、块、片、线)充填于罐体内用于拦截过滤水中的悬浮物的材料通常称为填料，其材质为有机/无机单组分物质经自然破碎筛分成型塑成一定的外形形状，用以堆积起来后便于拦截悬浮物，反向流冲洗时，又能反吹出。当选用某些材料如活性炭，离子交换树脂材料当做填料用于过滤时限于这些材料的特性，其吸附交换特性指向性单一性能有限。活性炭对重金属离子的去除效果不好，成本较高；离子交换树脂的再生比较复杂，并且会产生酸、碱废水，易造成二次污染。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物，是天然多糖中为数不多的阳离子高分子聚合物。壳聚糖的外观是白色或淡黄色半透明片状固体，略有珍珠光泽。壳聚糖作为天然阳离子生物聚合物具有很多独特的功能，如保湿性、润湿性、成膜性、抗静电作用、毛发柔软和保护作用等。目前已广泛应用于纺织印染、医学、食品、化妆品等领域。壳聚糖可以借助氢键和离子键形成类似网状结构的笼形分子，对重金属离子有较强的吸附能力，近年来作为重金属吸附材料备受关注。尽管壳聚糖具有良好的应用潜力，但是由于它们是分子结构规整的线型高分子，结晶度高，使得壳聚糖尤其是高分子量的壳聚糖，溶解性非常差，不溶于水以及大部分有机溶剂，只溶于部分稀酸水溶液中。申请号为201110042318.2的中国专利技术专利公开了一种制备吸附重金属离子的改性壳聚糖材料的方法，对海水里重金属有较好的吸附能力，但其生产工艺较为复杂，而且该专利技术中制得的改性壳聚糖材料与现有技术壳聚糖聚合物一样，都属于形状不固定的无定形态，对应用在填料领域时针对悬浮物的拦截效果较差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是要解决上述
技术介绍
的不足，提供一种可去除重金属离子形态固定且对环境友好的改性填料及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种改性填料，其特征在于，由壳聚糖粘性凝胶包裹填料玻璃球组成，其中壳聚糖粘性凝胶质量分数为25-30％，所述填料玻璃球与壳聚糖粘性凝胶质量分数和为100％。优选的，所述壳聚糖粘性凝胶由粘度为0.25-0.65Pa·s的壳聚糖去除杂质和粉尘，筛分后煮沸30-60min，去离子水漂洗，干燥后得到壳聚糖凝胶，壳聚糖凝胶置于乳酸溶液中，在40-50℃温度下连续搅拌4-6h，放置12-16h后制得。优选的，所述填料玻璃球由玻璃球在室温下用乳酸溶液浸泡并搅拌6-8h，之后再经过滤并用去离子水冲洗干燥后制得。本专利技术还提供一种改性填料的制备方法，步骤为a.将壳聚糖与玻璃球进行预处理：粘度为0.25-0.65Pa·s的壳聚糖去除杂质和粉尘，筛分后煮沸30-60min，用去离子水漂洗，干燥后得到壳聚糖凝胶；壳聚糖凝胶置于乳酸溶液中，在40-50℃温度下连续搅拌4-6h，放置12-16h后得到壳聚糖粘性凝胶；玻璃球在室温下用乳酸溶液浸泡并搅拌6-8h，之后再经过滤并用去离子水冲洗后干燥，得到填料玻璃球；b.壳聚糖粘性凝胶放入到乳酸溶液中，保持温度40-50℃，加入填料玻璃球，连续搅拌10-14小时，直到壳聚糖粘性凝胶全部附着在玻璃球上，将附有壳聚糖粘性凝胶的填料玻璃球移入NaOH溶液中中和过剩乳酸，最后取出用去离子水洗净直至pH为中性，干燥后得到改性填料。优选的，所述步骤b中壳聚糖粘性凝胶质量分数为25-30％，其中步骤b中所用壳聚糖粘性凝胶与所用填料玻璃球的质量分数和为100％。优选的，所述乳酸溶液浓度为0.1-0.3mol/L。进一步的，所述乳酸溶液浓度为0.2mol/L。进一步的，步骤a中壳聚糖凝胶与置入的乳酸溶液中乳酸的质量比为25～30:9～27。优选的，所述NaOH溶液浓度为0.4-0.6mol/L。进一步的，所述NaOH溶液浓度为0.5mol/L。壳聚糖由于分子中存在羟基、氨基和其他基团，可形成具有类似网状结构的笼型分子，对许多金属离子进行螯合，壳聚糖对铜、锌、镍、银、汞、铅的金属阳离子都有很强的吸附能力。但单纯壳聚糖聚合物水溶性差，本专利技术通过以壳聚糖为主链，采用将乳酸分子基团引到壳聚糖分子结构的侧链上的过程，以改善壳聚糖的水溶性，并利用壳聚糖良好的生物相容性制备特殊作用的水凝胶，用来吸附金属离子。但由于壳聚糖粘性凝胶形状不固定，无法扩大其表面积来对水中重金属离子进行吸附，将其包裹在玻璃球外，利用玻璃球维持形状及扩大利用面积。本专利技术优点为：1.将无固定性状的壳聚糖粘性凝胶包覆在玻璃球载体上，增加对水中悬浮物的拦截作用，扩大壳聚糖粘性凝胶的吸附面积，提高吸附效率，对重金属离子去除率高；2.使用的壳聚糖、乳酸等都属于环境友好型材料，制得的改性填料无毒无味，对水体不会造成二次污染，对水体中的其它生物(鱼虾等生物)不造成伤害；3.使用的原料来源广、成本低、制作方法简单，生产成本相对较低。附图说明图1本专利技术改性填料使用后红外光谱图图2本专利技术改性填料对不同金属离子的吸附动力学曲线具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1改性填料的制备方法为：a.将粘度为0.25-0.65Pa·s的壳聚糖，去除杂质和粉尘，筛分后煮沸30分钟，然后用去离子水漂洗3-5次，最后用真空干燥器干燥72小时，得到壳聚糖凝胶；将30g壳聚糖凝胶缓慢加入到1L浓度0.2mol/L的乳酸水溶液中，在40-50℃的温度下，连续搅拌4小时，然后放置12小时得到壳聚糖粘性凝胶；将玻璃球在室温下用浓度0.2mol/L乳酸溶液浸泡并搅拌6h，之后再经过滤并用去离子水冲洗后干燥，得到填料玻璃球；b.取30g壳聚糖粘性凝胶放入到浓度0.2mol/L的乳酸溶液中，保持溶液温度40-50℃，再加入70g填料玻璃球，连续搅拌12小时，直到壳聚糖粘性凝胶全部附着到玻璃球填料表面上，将附有壳聚糖粘性凝胶的填料玻璃球移入浓度为0.5mol/L的NaOH溶液中中和过剩乳酸，最后从NaOH溶液中取出经用去离子水洗净直至pH为中性，干燥后得到改性填料。对上述改性填料进行重金属离子的吸附实验，玻璃柱内径4.8cm，柱长95.5cm，充填改性填料高57cm，膨胀率为40％，设计滤速8-12米/小时；反清洗强度9-15L/秒.米2；冲洗历时5-7分钟/24小时；进水压力≥0.04MPa，反冲洗进水水压≥0.2MPa。采用蠕动泵连续进水，进水流量5ml/s(18.1L/h，432L/24h)，进水金属离子配制浓度分别为100mg/L，250mg/L，500mg/L，监测Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)金属浓度(进出水中)绘制去除率曲线η＝(Co-Ce)/Co)。η为去除率(％)，Co为进水金属浓度(mg/L)；Ce为出水金属浓度(mg/L)。实测去除率分别Cu(Ⅱ)为98％，Ni(Ⅱ)为96.5％，Zn(Ⅱ)为97.5％。表明改性填料具有良好的重金属离子吸附去除性能。改性填料使用后红外光谱图如图1所示，C-H表示带烷基的有机物已附着在载体上；C-N表示壳聚糖已附着在载体上。实施例2改性填料的制备方法为：a.将粘度为0.25-0.65Pa·s的壳聚糖，去除杂质和粉尘，筛分后煮沸30分钟，然后用去离子水漂洗3-5次，最后用真空干燥器干燥72小时，得到壳聚糖凝胶；将25g壳聚糖凝胶缓慢加入到1L浓度0.3mol/L的乳酸水溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型改性填料，其特征在于，由壳聚糖粘性凝胶包裹填料玻璃球组成，其中壳聚糖粘性凝胶质量分数为25‑30％，所述填料玻璃球与壳聚糖粘性凝胶质量分数和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种改性填料，其特征在于，由壳聚糖粘性凝胶包裹填料玻璃球组成，其中壳聚糖粘性凝胶质量分数为25-30％，所述填料玻璃球与壳聚糖粘性凝胶质量分数和为100％；所述壳聚糖粘性凝胶由粘度为0.25-0.65Pa·s的壳聚糖去除杂质和粉尘，筛分后煮沸30-60min，去离子水漂洗，干燥后得到壳聚糖凝胶，壳聚糖凝胶置于乳酸溶液中，壳聚糖凝胶与置入的乳酸溶液中乳酸的质量比为25～30:9～27，在40-50℃温度下连续搅拌4-6h，放置12-16h后制得；所述填料玻璃球由玻璃球在室温下用乳酸溶液浸泡并搅拌6-8h，之后再经过滤并用去离子水冲洗干燥后制得。2.一种如权利要求1所述改性填料的制备方法，其特征在于，步骤为：a.将壳聚糖与玻璃球进行预处理：粘度为0.25-0.65Pa·s的壳聚糖去除杂质和粉尘，筛分后煮沸30-60min，用去离子水漂洗，干燥后得到壳聚糖凝胶；壳聚糖凝胶置于乳酸溶液中，壳聚糖凝胶与置入的乳酸溶液中乳酸的质...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋豪杰，王爱文，
申请(专利权)人：武汉一元环境工程有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42