一种多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法及应用技术

一种多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法及应用，涉及水体重金属离子吸附剂制备技术领域。向反应容器加入5mL的壳聚糖‑丙酸胶体溶液、50mL Na2CO3水溶液、50mL ZnCl2水溶液以及2mL的N‑氨乙基‑γ‑氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌混合均匀；将预处理后的反应液转移至水热反应釜中，于165℃下反应16h，然后冷却至室温，反应产物取出后经过洗涤、烘干。单个Zn5(OH)6(CO3)2微晶是由若干纳米片组装而成的，CS辅助得到的碳酸锌微晶热稳定性较高，多层状ZCHO微晶去除水体中的Cu

【技术实现步骤摘要】
一种多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法及应用
本专利技术涉及水体重金属离子吸附剂制备
，具体是涉及一种多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法及应用。
技术介绍
众所周知，由Pb2+、Cu2+、Co2+和Cd2+等重金属引起的水污染已成为阻碍构建环境友好型社会的绊脚石。原因是这些污染通常会对人类的健康及生态系统产生各种负面影响。在这些重金属离子中，由于Cu2+可以通过食物链在人体器官中积累而被认为是最危险的重金属离子之一。因此，有效去除水体中Cu2+引起了更为广泛的关注。化学沉淀，离子交换，膜分离及电凝聚和吸附等不同技术在去除排放废水中的重金属离子方面已得到较广泛的应用。然而，这些技术也有一定的局限性，比如，化学沉淀技术会产生有毒的工业副产物，离子交换技术价格昂贵。已经报道的脱除技术里面，吸附技术则具有可靠性、经济性、灵活性、反应速度快和容易操作等优点。截止目前，已有许多新型吸附剂，如纳米材料、离子印迹材料、介孔材料、碳纳米管和磁性纳米离子等，已用于去除重金属离子领域中。由于这些微米级或纳米级材料具有优良的物理、化学、生物性能及强稳定性，它们能有效大容量吸附重金属离子，正作为一些新型吸附剂得到广泛的关注。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种以壳聚糖(CS)为模板，采用低温水热法成功获得了多层状碱式碳酸锌(ZCHO)微晶。同时，研究了其去除水体中Cu2+性能，讨论了其脱除Cu2+的可能机理。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法，步骤如下：1)、壳聚糖-丙酸胶体溶液的制备将0.1g的壳聚糖加入至100mL重量百分比为10％的丙酸水溶液中，搅拌溶解后得到壳聚糖-丙酸胶体溶液；2)、反应液预处理向反应容器加入5mL的壳聚糖-丙酸胶体溶液、50mL浓度为0.5mol/L的Na2CO3水溶液、50mL浓度为0.1mol/L的ZnCl2水溶液以及2mL的N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌混合均匀；3)、水热反应将预处理后的反应液转移至水热反应釜中，于165℃下反应16h，然后冷却至室温，反应产物取出后经过洗涤、烘干得到多层状碱式碳酸锌微晶。作为本专利技术的制备方法的优选技术方案，步骤1)中搅拌溶解处理于35℃下进行，步骤2)中搅拌混合均处理于40℃下进行，步骤3)中反应产物取出后利用去离子水和无水乙醇交替洗涤，然后于60℃下烘干得到多层状碱式碳酸锌微晶。与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：以壳聚糖(CS)为生物模板，以丙酸为温和反应介质，以N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷为交联剂，采用低温水热法成功制备出了多层状碱式碳酸锌微晶(Zn5(OH)6(CO3)2，ZCHO)。采用XRD，SEM和TG等手段对产物的结构、形态和热学性能进行了表征，结果表明，单个Zn5(OH)6(CO3)2微晶是由若干Zn5(OH)6(CO3)2纳米片组装而成的。添加适量的CS对形成多层状ZCHO微晶起到了至关重要的作用。热重分析结果表明，CS辅助得到的碳酸锌微晶热稳定性较高。等温吸附实验表明，在室温下，多层状ZCHO微晶去除水体中的Cu2规律符合Freundlich模型。附图说明图1为实施例1制备产物的XRD图。图2为实施例1制备产物的FE-SEM显微照片(a)和相应的EDS能谱(b)。图3为实施例1和2制备产物的微晶热重分析。图4为实施例3中不同壳聚糖添加量制备产物的FE-SEM显微照片。图5为多层状碱式碳酸锌微晶的形成过程示意图。图6为实施例4中等温吸附曲线。图7为实施例4中不同条件制备ZCHO吸附Cu2+等温吸附曲线的线性拟合。图8为实施例4中ZCHO吸附机理示意图。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术的多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法及应用作出进一步的详述。制备产物分别用X射线衍射(XRD)，扫描电子显微镜(SEM,SU-8010)和热重分析仪(TG)进行表征。实施例1一种多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法，步骤如下：1)、壳聚糖-丙酸胶体溶液的制备将0.1g的壳聚糖加入至100mL重量百分比为10％的丙酸水溶液中，升温至35℃搅拌溶解后得到壳聚糖-丙酸胶体溶液。2)、反应液预处理向反应容器加入5mL的壳聚糖-丙酸胶体溶液、50mL浓度为0.5mol/L的Na2CO3水溶液、50mL浓度为0.1mol/L的ZnCl2水溶液以及2mL的N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，升温至40℃搅拌混合均匀。3)、水热反应将预处理后的反应液转移至水热反应釜中，于165℃下反应16h，然后冷却至室温，反应产物取出后利用去离子水和无水乙醇交替洗涤，然后于60℃下烘干得到多层状碱式碳酸锌微晶(ZCHO)。图1为实施例1制备产物的XRD图，从图1中可发现，实施例1得到的产物的结晶性能良好，谱图中的主要峰与块体Zn5(CO3)2(OH)6(JCPDS19-1458)的标准峰对应完好。图2为实施例1制备产物的FE-SEM显微照片(a)和相应的EDS能谱(b)，从图2可以看到单个的ZCHO微晶呈多层状结构，每个ZCHO微晶都是由许多ZCHO纳米片组成(见图2(a)插图)。图2(b)为单个微晶的能谱，可以看出，除了Zn和O两元素外，还有少量的C，可以认为是残余的少量CS组成之一。实施例2作为对比实施例，制备方法同实施例1，区别在于不添加壳聚糖、N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷。图3为实施例1和2制备产物的微晶热重分析，通过TG曲线比较分析可知，添加CS和N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷得到的ZCHO粉体热稳定性有所提高，因此，CS模板辅助法得到的多层状ZCHO微晶具有较高的热稳定性。实施例3本实施例共4组实验，制备方法均与实施例1相同，区别在于，壳聚糖的添加量不同，壳聚糖的添加量分别为0g、0.05g、0.1g、0.2g，制备产物的FE-SEM显微照片依次如图4a-d所示。通过图4可以看出，在同样的实验条件下，不添加CS模板时，得到的产物为无规则的ZCHO纳米片(见图4(a))。随着CS模板使用量逐渐增加，ZCHO纳米片状将发生自组装(见图4b和4c)。在CS使用量恰当时，将得到多层状ZCHO微晶(见图4c)。若CS使用量过大，将得到大颗粒ZCHO微晶(见图4d)。由上述结果和分析表明，CS的存在和使用量对ZCHO最终的形态和结构有很大的影响。综合上述实验结果可知多层状碱式碳酸锌微晶的形成过程为：首先，反应体系中生成的若干ZCHO纳米片在CS模板导向下进行有效组装，得到尺寸较大的ZCHO微纳米片；最后，若干ZCHO微纳米片将发生再结晶和长大，得到了多层状ZCHO微晶。具体请参阅图5所示。实施例4批量吸附实验在等温吸附实验中，在25℃下，将0.5g的ZCHO(实施例1、2制备)引入装有不同浓度Cu2+(50～600mg/L，pH＝6.5)的100mL溶液的烧杯瓶中，并以每分钟160转的速度搅拌进行吸附实验。吸附足够时间达平衡后，取一定体积的上清液并用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测量Cu2+的平衡浓度Ce(mg/L)，并依据式(1)计算平衡吸附量(qe，mg/g)。C0(mg/L)代表Cu2+初始浓度，V(L)是溶液的体积，m(g)是ZCHO的质量。等温吸附研究可以提供一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法，其特征在于，步骤如下：1)、壳聚糖‑丙酸胶体溶液的制备将0.1g的壳聚糖加入至100mL重量百分比为10％的丙酸水溶液中，搅拌溶解后得到壳聚糖‑丙酸胶体溶液；2)、反应液预处理向反应容器加入5mL的壳聚糖‑丙酸胶体溶液、50mL浓度为0.5mol/L的Na2CO3水溶液、50mL浓度为0.1mol/L的ZnCl2水溶液以及2mL的N‑氨乙基‑γ‑氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌混合均匀；3)、水热反应将预处理后的反应液转移至水热反应釜中，于165℃下反应16h，然后冷却至室温，反应产物取出后经过洗涤、烘干得到多层状碱式碳酸锌微晶。

【技术特征摘要】
1.一种多层状碱式碳酸锌微晶的制备方法，其特征在于，步骤如下：1)、壳聚糖-丙酸胶体溶液的制备将0.1g的壳聚糖加入至100mL重量百分比为10％的丙酸水溶液中，搅拌溶解后得到壳聚糖-丙酸胶体溶液；2)、反应液预处理向反应容器加入5mL的壳聚糖-丙酸胶体溶液、50mL浓度为0.5mol/L的Na2CO3水溶液、50mL浓度为0.1mol/L的ZnCl2水溶液以及2mL的N-氨乙基-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌混合均匀；3)、水热反应将预处理后的反应液转移至水热反应釜中，于165℃下...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐泽忠，韩成良，谢劲松，师晓莉，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：安徽,34