一种铝铁改性壳聚糖的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种铝铁改性壳聚糖的制备方法及其应用，采用AlCl3和FeCl3联合改性制备壳聚糖吸附剂处理染料废水。本发明专利技术考察了AlCl3‑CTS‑FeCl3投加量、废水pH值、反应时间、废水初始浓度等对亚甲基蓝废水处理效果的影响，获得了AlCl3‑CTS‑FeCl3去除废水中亚甲基蓝的最优工艺参数，即为AlCl3‑CTS‑FeCl3投加量为0.05g/L、pH＝9的条件下，经AlCl3‑CTS‑FeCl3处理45min后，脱色率高达98.6％，AlCl3‑CTS‑FeCl3对亚甲基蓝的吸附容量高达197.2mg/g。本发明专利技术能够为实际工业处理提供理论指导和技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种铝铁改性壳聚糖的制备方法及其应用
本专利技术属于工业废水处理
，涉及一种铝铁改性壳聚糖的制备方法及其应用。
技术介绍
我国纺织、染料工业迅速发展，大量染料在生产和使用过程中释放进入水体，造成严重的水体环境污染。染料废水中有机物含量高、色度高、还含有有毒有害物质，是典型的难处理废水。传统的物理法、化学法、生物法等对染料废水的脱色效果不显著、处理成本较高、占地面积较大，且易造成二次环境污染。天然有机高分子壳聚糖对含有水溶性染料的废水具有较好的脱色效果，且价格低廉、脱色速度快。然而，由于天然壳聚糖阳离子性较弱，对染料的极限吸附潜力不够高，且适用pH值范围较窄，使得其在实际染料废水处理工程中的应用受到局限。因此，基于壳聚糖分子结构和功能基团，对其进行改性处理，以提高其对染料的极限吸附潜力、拓宽其适用pH范围，显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种铝铁改性壳聚糖(AlCl3-CTS-FeCl3)的制备方法及其应用。以天然壳聚糖(CTS)为原料，采用交联改性方法，以戊二醛作为交联剂，利用壳聚糖醛基活性基团交联AlCl3和FeCl3，从而获得更具脱色能力的AlCl3-CTS-FeCl3。以亚甲基蓝溶液为处理对象，考察AlCl3-CTS-FeCl3投加量、废水pH、反应时间等对亚甲基蓝溶液脱色效果的影响，获得AlCl3-CTS-FeCl3对废水色度去除的最优工艺参数。在此基础上，采用准一级和准二级动力学方程对AlCl3-CTS-FeCl3吸附亚甲基蓝的动力学过程进行拟合，采用Langmuir和Freundlich吸附等温方程对AlCl3-CTS-FeCl3吸附亚甲基蓝的热力学过程进行拟合，以期为实际工业处理提供理论指导和技术支撑。其技术方案如下：一种铝铁改性壳聚糖的制备方法，包括以下步骤：准确称量一定量的壳聚糖，与AlCl3溶液混合，常温磁力搅拌0.5～2h后，加入与AlCl3溶液等体积的FeCl3溶液，常温磁力搅拌0.5～2h；此后，在上述体系中加入无水乙醇，并缓慢搅拌，待生成絮状沉淀后，转速1000～3000r/min的条件下离心5～10min，分离获得沉积物；用乙醇洗去沉积物表面的铁离子和铝离子后，沉积物与戊二醛溶液混合，交联反应后，在转速1000～3000r/min条件下离心5～10min获得沉积物，沉积物再次以乙醇洗涤，之后烘干，研磨，获得AlCl3-CTS-FeCl3。进一步，AlCl3溶液的浓度为0.05～0.2mol/L；壳聚糖与AlCl3溶液的混合比例为2～5:1(m/V，mg/mL)；FeCl3溶液浓度为0.01～0.1mol/L。进一步，无水乙醇的体积为AlCl3溶液体积的1～2倍；戊二醛溶液的体积为AlCl3溶液体积的1/10～1/5；戊二醛溶液的浓度为15％～25％；交联反应时间为0.5～2h。进一步，烘干温度为50～80℃。本专利技术所述铝铁改性壳聚糖的制备方法在去除废水中染料物质过程中的应用。进一步，AlCl3-CTS-FeCl3投加量为0.05～0.15g/L，废水pH为7～10，反应时间为15～60min，初始亚甲基蓝溶液浓度10～100mg/L。本专利技术的有益效果：本专利技术采用AlCl3和FeCl3联合改性制备壳聚糖吸附剂处理染料废水，以10～100mg/L的亚甲基蓝溶液作为处理对象，探究改性壳聚糖(AlCl3-CTS-FeCl3)投加量、废水pH值、反应时间、废水初始浓度等对其处理亚甲基蓝废水性能的影响，并对吸附动力学、吸附等温线过程进行拟合。结果表明，在投加量为0.01～0.05g/L、pH＝6～9的条件下，经AlCl3-CTS-FeCl3处理15～45min后，亚甲基蓝废水的脱色率高达81.5～99.2％，AlCl3-CTS-FeCl3对亚甲基蓝的吸附容量高达198.4～815.0mg/g。吸附动力学、吸附等温线拟合结果显示，准二级动力学方程(R2>0.90)与Freundlich等温线方程(R2>0.90)能够更好地描述AlCl3-CTS-FeCl3处理亚甲基蓝废水的过程。附图说明图1为AlCl3-CTS-FeCl3、N-CTS的红外光谱图；图2为AlCl3-CTS-FeCl3投加量对脱色率和吸附容量的影响；图3为废水pH对脱色率和吸附容量的影响；图4为反应时间对脱色率和吸附容量的影响；图5为废水初始浓度对脱色率和吸附容量的影响。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。1材料与方法1.1材料1.1.1药品壳聚糖(工业纯，深圳恒生生物科技有限公司)，AlCl3、FeCl3、NaOH、戊二醛(分析纯，成都市科龙化工试剂厂)，盐酸、无水乙醇(分析纯，成都金山化学试剂有限公司)。1.1.2仪器721E型可见光分光光度计(上海光谱仪器有限公司)，78-1型磁力加热搅拌器(江苏金坛市环宇科学仪器厂)，TDL-5-A型低速大容量离心机(上海安亭科学仪器厂)，PHS-3C型雷磁精密pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)，SQP型电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司)。1.2方法1.2.1AlCl3-CTS-FeCl3的制备准确称量一定量的壳聚糖，与0.1mol/L的AlCl3溶液以5:1(m/V，mg/mL)混合，常温磁力搅拌2h后，加入与AlCl3溶液等体积的0.1mol/LFeCl3溶液，磁力搅拌2h。此后，在上述体系中加入两倍AlCl3溶液体积的无水乙醇，并缓慢搅拌，待生成絮状沉淀后，转速3000r/min的条件下离心10min，分离获得沉积物。用乙醇洗去沉积物表面的铁离子和铝离子后，沉积物与1/5AlCl3溶液体积的戊二醛溶液(戊二醛溶液的浓度为25％)混合，交联反应2h后，转速3000r/min条件下离心获得沉积物，沉积物再次以乙醇洗涤，之后80℃烘干，研磨，获得AlCl3-CTS-FeCl3。1.2.2AlCl3-CTS-FeCl3对亚甲基蓝废水的脱色率和吸附容量的测定准确称取一定量的AlCl3-CTS-FeCl3，添加至20mL亚甲基蓝废水中，常温条件下恒速磁力搅拌2h后，收集上清液，测定其中的亚甲基蓝浓度。AlCl3-CTS-FeCl3处理亚甲基蓝废水过程中，保持搅拌速率和搅拌强度等条件不变。脱色率和吸附容量的计算如公式(1)、(2)所示：式中：C0为亚甲基蓝废水初始浓度(mg/L)；C1为吸附平衡后的浓度(mg/L)；m为AlCl3-CTS-FeCl3的投加量(g)；V为废水反应体积(mL)；η为亚甲基蓝的脱色率(％)；qe为吸附容量(mg/g)。1.2.3吸附动力学和吸附等温线采用准一级和准二级动力学方程，表征吸附过程中亚甲基蓝分子从废水扩散到AlCl3-CTS-FeCl3表面和内部的轨迹。准一级和准二级动力学方程分别如式(3)、(4)所示：式中：qe和qt分别为平衡吸附量与t时刻的吸附量(mg/g)，k1为准一级动力学率常数(min-1)，利用log(qe-qt)对t作图，求得k1。k2为准二级动力学速率常数[g/(mg·min)]，利用t/qt对t作图，求得k2。AlCl3-CTS-FeCl3处理亚甲基蓝废水过程中，采用Langmuir、Freundlich等温线方程，描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝铁改性壳聚糖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：准确称量一定量的壳聚糖，与AlCl3溶液混合，常温磁力搅拌0.5～2h后，加入与AlCl3溶液等体积的FeCl3溶液，常温磁力搅拌0.5～2h；此后，在上述体系中加入无水乙醇，并缓慢搅拌，待生成絮状沉淀后，转速1000～3000r/min的条件下离心5～10min，分离获得沉积物；用乙醇洗去沉积物表面的铁离子和铝离子后，沉积物与戊二醛溶液混合，交联反应后，在转速1000～3000r/min条件下离心获得沉积物，沉积物再次以乙醇洗涤，之后烘干，研磨，获得AlCl3‑CTS‑FeCl3。

【技术特征摘要】
1.一种铝铁改性壳聚糖的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：准确称量一定量的壳聚糖，与AlCl3溶液混合，常温磁力搅拌0.5～2h后，加入与AlCl3溶液等体积的FeCl3溶液，常温磁力搅拌0.5～2h；此后，在上述体系中加入无水乙醇，并缓慢搅拌，待生成絮状沉淀后，转速1000～3000r/min的条件下离心5～10min，分离获得沉积物；用乙醇洗去沉积物表面的铁离子和铝离子后，沉积物与戊二醛溶液混合，交联反应后，在转速1000～3000r/min条件下离心获得沉积物，沉积物再次以乙醇洗涤，之后烘干，研磨，获得AlCl3-CTS-FeCl3。2.根据权利要求1所述的铝铁改性壳聚糖的制备方法，其特征在于：AlCl3溶液的浓度为0.05～0.2mol/L；壳聚糖与Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭俊元，陈明旭，刘建英，文小英，陈杰，陈擎阳，龙虹霖，任鹏，赖雨隆，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川,51