一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜及其制法和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ‑AlOOH复合薄膜及其制备方法和应用。该方法具体是：先制备γ‑AlOOH溶胶，然后将其与壳聚糖溶胶混合后加入戊二醛，进行交联反应；最后将复合溶胶经流延成型和干燥后制得壳聚糖/γ‑AlOOH复合薄膜。与单一的γ‑AlOOH薄膜及壳聚糖薄膜相比，本方法所制备的壳聚糖/γ‑AlOOH复合薄膜对水体中的Pb(II)具有更大的吸附量和更高的吸附率、更强的耐酸性，对10mg/L的Pb(II)的吸附量为9.67mg/g、去除率达96.75％，水体中Pb(II)的残余浓度可以降至0.33mg/L，达到国家规定工业废水中Pb(II)含量的排放标准。

A Chitosan/Gamma-AlOOH Composite Film for Pb(II) Adsorption in Water and Its Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜及其制法和应用
本专利技术属于壳聚糖/γ-AlOOH复合膜的制备和应用的
，具体涉及一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着工业生产的迅速发展，由采矿、冶金工业、化肥和机械制造等领域产生的重金属污染物如Pb(II)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Hg(Ⅰ)等被大量排放到水体中，给农业、工业和生活用水带来了严重的威胁。重金属离子因为其不能被生物降解又具有高毒性，所以会通过食物链的传递和富集对人体造成严重危害，其中，Pb(II)会影响人的智力和骨骼的发育，同时造成消化不良和内分泌失调，导致贫血、高血压，也破坏了肾功能和免疫功能。目前用于处理重金属离子污染物的技术有吸附法、沉淀法、膜分离法、电渗析法、离子交换法、反渗透法和生物法等。相比其他方法，吸附法以其制备方法简单、操作简单和经济可行等优点，被认为是重金属废水处理最合适的技术之一。拟薄水铝石(γ-AlOOH·xH2O)也称为类勃姆石，是一类组成不稳定、结晶不完整的薄皱折片层。它具有表面积高、孔隙率大、界面吉布斯自由能高、分散性和胶溶性好以及触变凝胶等特性，常被应用于废水处理领域。CN105107486A公开了一种用于毒性Cr(Ⅵ)吸附的γ-AlOOH复合薄膜的制备方法和应用，在碱性条件下沉淀无机铝盐溶液，对沉淀进行离心水洗分离；然后添加浓盐酸、冰醋酸或硝酸使沉淀胶溶，同时添加成膜助剂聚乙烯醇和结构调节剂P123或F127，经流延成型和干燥后制得所述吸附剂，其对浓度为20mg/L的Cr(Ⅵ)的吸附去除率可高达99.4％。Zhang等人(ZhangYX,JiaY,JinZ,YuXY,XuWH,LuoT,ZhuBJ,LiuJH,HuangXJ.Self-assembled,monodispersed,flower-likeγ-AlOOHhierarchicalsuperstructuresforefficientandfastremovalofheavymetalionsfromwater[J].CrystEngComm,2012,14(9):2983-3322.)以偏铝酸钠为铝源、尿素为沉淀剂、聚丙烯酸钠盐为表面活性剂，采用水热法生成单分散的花状γ-AlOOH，5min时γ-AlOOH对Pb(II)的吸附去除率超过了99.0％。但γ-AlOOH材料的耐酸性较差，在pH＝1～5时存在部分溶解的缺点，容易对水体造成二次污染。利用有机物与γ-AlOOH复合可形成无机-有机复合材料，其中无机物形成的骨架可为复合材料提供一定的机械稳定性，而有机物主要是官能团发挥作用，携带的官能团(-NH2、-OH等)可以与金属离子形成氢键或者共价键，在一定程度上可以提高复合材料的耐酸性和吸附性能。壳聚糖是一种线性聚合物，富含大量的羟基和氨基，使其能够与金属离子进行有效复合。CN106853362A公开了一种吸附氟的壳聚糖/氢氧化铝复合吸附剂的制备方法，在铝盐水溶液中溶解壳聚糖，滴加氢氧化钠原位生成壳聚糖/氢氧化铝复合颗粒，接着加入戊二醛溶液交联得到所述吸附剂，其对氟离子的吸附量为27.23mg/g。Zhang等人(ZhangHL,LiP,WangZM,CuiWW,ZhangY,ZhangY,ZhengSL,ZhangY.SustainabledisposalofCr(VI):adsorption-reductionstrategyfortreatingtextilewastewaterswithamino-functionalizedboehmitehazardoussolidwastes[J].ACSSustainableChemistryandEngineering,2018,6(5):6811-6819.)报道了一种壳聚糖/γ-AlOOH复合颗粒的制备方法，该材料对Cr(VI)的吸附量为81mg/g，是γ-AlOOH颗粒吸附量的3倍。Lyu等人(LyuFY,YuHQ,HouTL,YanLG,ZhangXH,DuB.EfficientandfastremovalofPb2+andCd2+fromanaqueoussolutionusingachitosan/Mg-Al-layereddoublehydroxidenanocomposite[J].JournalofColloidandInterfaceScience,2019,539:184-193.)报道了一种壳聚糖-镁铝水滑石复合颗粒的制备方法，该材料对Pb(II)的最大吸附量为333.3mg/g，去除率为99.59％。但上述复合材料均为粉体，吸附污染物后的产物不仅从水体中分离困难，而且容易在水体中残留造成二次污染。综上，持续研究制备条件温和、对毒性Pb(II)具有优异吸附性能且易于从水体中分离的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜具有重要的科学意义。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜的制备方法。本专利技术通过溶胶—凝胶法合成均匀稳定的γ-AlOOH溶胶与壳聚糖溶胶进行复合改性，通过选择合适的复合体积比和合适的戊二醛加入量，制备对Pb(II)污染物吸附性能好、吸附后易于从水体中分离的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法获得的用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜的制备方法，该方法是在温和的条件下采用溶胶—凝胶法制备所述的复合材料：首先，室温下将九水合硝酸铝溶解在水中，加入氨水进行沉淀，得到的沉淀物用水洗涤；随后，将沉淀物均匀分散在水中并依次加入胶溶剂乙酸和成膜助剂聚乙烯醇，室温下搅拌均匀后进行老化；然后，将得到的均匀透明溶胶与壳聚糖溶胶按一定的体积比混合后加入戊二醛，进行交联反应制得复合溶胶；最后，将上述制备的复合溶胶均匀涂抹在基板上，使其流延成型，并在室温下干燥后制得壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜。所述制备方法具体包括以下步骤：(1)室温下将6.3质量份九水合硝酸铝溶解于水中，然后加入20体积份、浓度为5wt％的氨水进行沉淀；将得到的沉淀物用水洗涤，然后将沉淀分散在水中，搅拌条件下依次加入0.305体积份乙酸和含0.5质量份聚乙烯醇的聚乙烯醇溶液，室温下搅拌1h后在90℃条件下老化24h，制得γ-AlOOH溶胶；(2)将步骤(1)中得到的γ-AlOOH溶胶冷却至常温，再与壳聚糖溶胶按一定的体积比混合制得混合溶胶；(3)取步骤(2)中的混合溶胶，加入戊二醛溶液，搅拌一段时间，最后将壳聚糖/γ-AlOOH复合溶胶涂在基板上流延成型，并在室温下干燥后揭下薄膜即为所述壳聚糖/γ-AlOOH复合膜。所述沉淀与乙酸的比例是按照摩尔比：乙酸/沉淀＝0.3(沉淀的量根据九水合硝酸铝与氨水反应计算)。所述的聚乙烯醇溶液的浓度为5wt％。所述的γ-AlOOH溶胶与壳聚糖溶胶的体积比为1/9～9；所述壳聚糖溶胶的浓度为2wt％，其制备方法为取2g壳聚糖溶解在2v/v％乙酸水溶液。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ‑AlOOH复合薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：首先，室温下将九水合硝酸铝溶解在水中，加入氨水进行沉淀，得到的沉淀物用水洗涤；随后，将沉淀物均匀分散在水中并依次加入胶溶剂乙酸和成膜助剂聚乙烯醇，室温下搅拌均匀后进行老化；然后，将得到的均匀透明溶胶与壳聚糖溶胶按一定的体积比混合后加入戊二醛，进行交联反应，制得复合溶胶；最后，将复合溶胶均匀涂抹在基板上，使其流延成型，并在室温下干燥后制得壳聚糖/γ‑AlOOH复合薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：首先，室温下将九水合硝酸铝溶解在水中，加入氨水进行沉淀，得到的沉淀物用水洗涤；随后，将沉淀物均匀分散在水中并依次加入胶溶剂乙酸和成膜助剂聚乙烯醇，室温下搅拌均匀后进行老化；然后，将得到的均匀透明溶胶与壳聚糖溶胶按一定的体积比混合后加入戊二醛，进行交联反应，制得复合溶胶；最后，将复合溶胶均匀涂抹在基板上，使其流延成型，并在室温下干燥后制得壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜。2.根据权利要求1所述的一种用于水中Pb(II)吸附的壳聚糖/γ-AlOOH复合薄膜的制备方法，其特征在于，所述的制备方法具体包括以下步骤：(1)室温下将6.3质量份九水合硝酸铝溶解于水中，然后加入20体积份、浓度为5wt％的氨水进行沉淀；将得到的沉淀物用水洗涤，然后将沉淀分散在水中，搅拌条件下依次加入0.305体积份乙酸和含0.5质量份聚乙烯醇的聚乙烯醇溶液，室温下搅拌1h后在90℃条件下老化24h，制得γ-AlOOH溶胶；(2)将步骤(1)中得到的γ-AlOOH溶胶冷却至常温，再与壳聚糖溶胶按一定的体积比混合制得混合溶胶；(3)取步骤(2)中的混合溶胶，加入戊二醛溶液，搅拌一段时间，最后将壳聚糖/γ-AlOOH复合溶胶涂在基板上流延...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡卫权，陈依婷，党成雄，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44