一种交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂及其制备方法与应用，该吸附剂采用四氟对苯二腈作为交联剂，对壳聚糖进行交联，使壳聚糖上的羟基与四氟对苯二腈上的氟发生亲核取代反应，最终形成了一种疏松多孔的三维网状结构。本发明专利技术所制得的吸附剂对重金属离子吸附速度快、吸附容量高、吸附性能稳定、易分离，同时也解决了壳聚糖易溶于酸、沉降速率慢的缺点。

A Cross-linked Porous Chitosan Heavy Metal Ion Adsorbent and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a cross-linked porous chitosan heavy metal ion adsorbent and its preparation method and application. The adsorbent uses tetrafluoro-p-phenylenedinitrile as cross-linking agent to cross-link chitosan, so that hydroxyl groups on chitosan react with fluorine on tetrafluoro-p-phenylenedinitrile to form a porous three-dimensional network structure. The adsorbent prepared by the invention has the advantages of fast adsorbing speed, high adsorbing capacity, stable adsorbing performance and easy separation for heavy metal ions, and also solves the shortcomings of easy solubility in acid and slow settling rate of chitosan.

【技术实现步骤摘要】
一种交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂及其制备方法与应用
本专利技术属于水处理吸附材料制备领域，具体涉及一种交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂及其制备方法与应用。
技术介绍
重金属具有生物富集作用，对人体也有很强的毒性。随着工业的发展，人们对环境排放了大量含重金属离子的废水，如何有效地去除废水中重金属成为水污染控制领域重要的研究方向。目前，对于重金属的去除主要有化学沉淀法、反渗透法、离子交换法、吸附法等。其中，吸附法的处理容量大，对废水中高浓度重金属离子的处理效果好，可作为离子交换和膜处理等处理技术的预处理过程，也可用于污水二级处理后的深度处理中，具有较广泛的应用前景。有机大分子具有大量官能基团，可以和重金属发生反应作用。通过对有机大分子进行改性修饰，可以获得更高效的吸附效率。壳聚糖是一种天然存在的多糖甲壳素经脱乙酰后的产物，其链状结构中含大量的羟基和氨基，可以与重金属离子产生螯合作用。此外，由于其具有生物相容性和可生物降解性，可作为环境友好型材料在废水处理中广泛应用。然而，未经改性的壳聚糖材料易溶于酸、颗粒小、沉降速率慢、难分离，限制了壳聚糖在酸性条件下高效率处理含重金属废水的应用。利用交联剂对壳聚糖进行交联，可以得到性质稳定的三维多孔壳聚糖。
技术实现思路
针对壳聚糖作为重金属离子吸附剂易溶于酸、吸附容量有限、沉降速率慢以及难分离的问题，本专利技术提供了一种交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂及其制备方法与应用，旨在利用一种新的交联剂对壳聚糖进行交联，从而提高其吸附性能和稳定性。本专利技术为实现专利技术目的，采用如下技术方案：本专利技术公开了一种交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂的制备方法，其特点在于：如图1所示，采用四氟对苯二腈为交联剂，对壳聚糖进行交联，使得壳聚糖上的羟基与四氟对苯二腈上的氟发生亲核取代反应，形成疏松多孔的三维网状结构，即获得交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂。具体包括如下步骤：将1.5g壳聚糖和300mL四氢呋喃在500mL三颈烧瓶中混合，超声处理15min，再加入四氟对苯二腈和1.5g的K2CO3，控制四氟对苯二腈的浓度在0.1～10mmol/L；然后在冰水浴中超声10min，再用氮气鼓泡10min，所得混合物在85℃加热并搅拌2天，获得反应液；将所述反应液冷却过滤，所得固体依次用水、甲醇、二氯甲烷洗涤，再在液氮浴中真空干燥10min，最后在50℃下干燥3天，所得粉末即为交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂。作为优选，所述四氟对苯二腈的浓度为5mmol/L。四氟对苯二腈浓度再提高时，对重金属离子去除效果没有明显提高。选择5mmol/L的浓度即实现对重金属离子的高效去除，又能够节省原料。本专利技术进一步公开了上述制备方法所制得的交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂及其应用，所述吸附剂具有疏松多孔的三维网状结构，可用于吸附冶金、化工和核工业废水中的有害重金属离子。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术制得的交联多孔壳聚糖吸附剂，呈疏松多孔的三维堆叠网状结构，增大了壳聚糖的比表面积，具有吸附能力强、吸附速率快、饱和吸附量高等优点；且三维堆叠结构中分子间和分子内的氢键作用增强了壳聚糖的稳定性。2、本专利技术制得的交联多孔壳聚糖吸附剂，克服了传统壳聚糖易溶于酸的问题，具有较强的稳定性，可通过调节pH使得吸附剂能够在不同的酸碱条件下实现重金属离子的有效去除。3、本专利技术使用的交联剂与其他交联剂相比，不需要通过占据氨基基团来实现交联，因此提供了更多的吸附位点。4、本专利技术制得的交联多孔壳聚糖吸附剂吸附重金属离子后易与溶液分离，可通过自然沉降或过滤快速回收再利用。附图说明图1为本专利技术制备交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂的反应原理图。图2为本专利技术实施例所用壳聚糖原料的扫描电镜(SEM)图。图3本专利技术实施例制备的交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂的扫描电镜(SEM)图。图4本专利技术实施例制备的交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂的透射电镜(TEM)图。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中的原材料来源如下；壳聚糖购于阿拉丁，脱乙酰度≥95％；四氟对苯二腈购于阿拉丁，纯度98％；四氢呋喃、碳酸钾购于上海国药集团，分析纯；重铬酸钾及其他试剂均为分析纯。制备实施例1本实施例按如下步骤制备交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂：将1.5g壳聚糖和300mL四氢呋喃在500mL三颈烧瓶中混合，超声处理15min，再加入0.1g四氟对苯二腈(5mmol/L)和1.5g的K2CO3；然后在冰水浴中超声10min，再用氮气鼓泡10min，所得混合物在85℃加热并搅拌2天，获得反应液。将所述反应液冷却过滤，所得固体依次用水、甲醇、二氯甲烷洗涤，再在液氮浴中真空干燥10min，最后在50℃下干燥3天，所得粉末即为交联多孔壳聚糖重金属离子吸附。图2为本实施例所用壳聚糖原料的扫描电镜(SEM)图，图3和图4为本实施例制备的交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂的扫描电镜(SEM)图和透射电镜(TEM)图。对比可知，本实施例制得的交联多孔壳聚糖内部具有相互交织的网状孔隙结构，本实施例的方法使原本表面光滑的壳聚糖呈堆叠结构、表面变得有褶皱、凹凸不平，增加了吸附剂的比表面积，有利于对重金属的吸附。应用实施例1配置50mg/L的重铬酸钾溶液50mL，用上述实施例制得的交联壳聚糖吸附剂(50mg)在pH＝2、温度25℃条件下，震荡反应3个小时后，过滤出吸附剂。经测定，吸附剂对Cr(VI)去除率为91.1％，吸附容量为45.6mg/g。应用实施例2配置20mg/L的硝酸双氧铀溶液50mL，用上述实施例制得的交联壳聚糖吸附剂(10mg)在pH＝5、30℃条件下，震荡反应3小时后，过滤出吸附剂。经测定，吸附剂对U(VI)去除率为71.4％，吸附容量为71.4mg/g。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：采用四氟对苯二腈为交联剂，对壳聚糖进行交联，使得壳聚糖上的羟基与四氟对苯二腈上的氟发生亲核取代反应，形成疏松多孔的三维网状结构，即获得交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于：采用四氟对苯二腈为交联剂，对壳聚糖进行交联，使得壳聚糖上的羟基与四氟对苯二腈上的氟发生亲核取代反应，形成疏松多孔的三维网状结构，即获得交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂。2.根据权利要求1所述的交联多孔壳聚糖重金属离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将1.5g壳聚糖和300mL四氢呋喃在500mL三颈烧瓶中混合，超声处理15min，再加入四氟对苯二腈和1.5g的K2CO3，控制四氟对苯二腈的浓度在0.1～10mmol/L；然后在冰水浴中超声10min，再用氮气鼓泡1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓薇，魏治洋，邹飞林，孙振杰，郭志，吴琼，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34