一种离子吸附剂及其制备方法和用途技术

本申请公开了一种离子吸附剂及其制备方法和用途，属于固相吸附技术领域。所述方法采用海藻酸盐和柠檬酸盐为原料，通过作为连接剂的乙二胺将两者经酰胺化反应相连接，然后滴加至碱土金属离子溶液中进行凝胶化，再经固液分离和干燥而制得离子吸附剂。所述离子吸附剂优选用于去除水体中的钙离子和/或镁离子。本申请所提供的离子吸附剂对多种重金属离子以及特别是钙离子和镁离子的吸附速率快、吸附率高且吸附容量大，并且经简易处理可再生，经多次循环使用后吸附性能仍保持稳定；本申请所提供的离子吸附剂的制备方法的工艺过程简单步骤少、条件温和且原料绿色廉价，因此可以低成本制备高效、环保的离子吸附剂。

An ion adsorbent and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种离子吸附剂及其制备方法和用途
本申请涉及一种离子吸附剂及其制备方法和用途，属于固相吸附

技术介绍
由于地理因素和人为活动的影响，我国大多数区域环境水体中钙、镁盐含量过高，即存在硬水问题。而硬水的使用和饮用会带来诸多问题，如水器具上出现水垢斑块、清洁剂的洗涤效率减低、洗浴后皮肤粗糙、头发凌乱无光泽、影响食物口感、肠胃功能紊乱等，其中对皮肤和衣物的伤害尤为显著。因此，除去水体中高含量的钙、镁离子具有重要的现实意义。目前常见的含钙、镁离子水的处理方法有：石灰纯碱法、离子交换法、电渗析法、煮沸法和吸附法等。离子交换法虽然效果显著但处理水量较少；电渗析和石灰纯碱法在处理低浓度硬水时去除效率较低，且操作成本高；煮沸法处理少量硬水时操作简便，但在处理大量硬水时过程较为繁琐，且消耗能源很大。吸附法因操作简单易行、可循环使用、污染小、去除效率高等优点而备受关注。吸附法的核心是固体吸附剂。目前已报道的可用于硬水软化的吸附剂较少，因此，制备一种高效环保、易操作、易处理的钙、镁离子吸附剂具有十分广阔的应用前景。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种离子吸附剂，该离子吸附剂对钙、镁离子及多种重金属离子具有优异的吸附性能，并且可再生，经多次循环使用后性能稳定。所述离子吸附剂，其特征在于，由乙二胺与海藻酸盐和柠檬酸盐经酰胺化反应得到。优选地，所述离子吸附剂可吸附溶液中的铅离子、钙离子、铜离子、汞离子、铬离子、锌离子、铁离子、镁离子中的至少一种。优选地，在溶液中的钙离子浓度为10-4mol/L～1.5×10-3mol/L，溶液与离子吸附剂的液固比为0.2L/g的条件下，所述离子吸附剂在室温下对钙离子的吸附率为90％～99.9％。优选地，在溶液中的镁离子浓度为10-4mol/L～1.5×10-3mol/L，溶液与离子吸附剂的液固比为0.2L/g的条件下，所述离子吸附剂在室温下对镁离子的吸附率为90％～99％。优选地，所述离子吸附剂为钙离子和/或镁离子吸附剂。根据本申请的另一个方面，提供了所述离子吸附剂的制备方法，该方法过程简单、条件温和且原料绿色廉价，可以低成本制备高效、环保的离子吸附剂。所述离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括使海藻酸盐和柠檬酸盐与乙二胺进行酰胺化反应。在一个实施方案中，所述离子吸附剂的制备方法至少包括以下步骤：(a)将含有海藻酸盐、柠檬酸盐和活化剂的溶液与乙二胺混合进行酰胺化反应，得到溶液I；(b)将溶液I滴入碱土金属离子溶液中，得到混合物II；(c)分离得到的混合物II中的固体，经洗涤、干燥，即得所述离子吸附剂。优选地，步骤(a)中所述海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸中的至少一种。优选地，步骤(a)中所述柠檬酸盐选自柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸中的至少一种。优选地，步骤(a)中所述活化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺。优选地，步骤(a)中所述海藻酸盐、柠檬酸盐、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺、乙二胺的重量比为：海藻酸盐:柠檬酸盐:1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐:N-羟基琥珀酰亚胺:乙二胺＝0.2～2:1:0.22～0.28:0.13～0.17:8～10。更优选地，海藻酸盐:柠檬酸盐:1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐:N-羟基琥珀酰亚胺:乙二胺＝0.2～2:1:0.25:0.15:9。进一步优选地，海藻酸盐:柠檬酸盐:1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐:N-羟基琥珀酰亚胺:乙二胺＝1:1:0.25:0.15:9。优选地，步骤(a)中所述酰胺化的反应温度为0～70℃，反应时间大于1小时。更优选地，步骤(a)中所述酰胺化的反应温度为5～50℃，反应时间为2～3小时。优选地，步骤(a)中所述含有海藻酸盐、柠檬酸盐和活化剂的溶液由含有海藻酸盐、柠檬酸盐的溶液与活化剂混合后，经活化得到；其中所述活化为在0～70℃下搅拌不少于1小时。更优选地，所述活化为在5～50℃下搅拌3～6小时。优选地，步骤(b)中，将溶液I滴入碱土金属离子溶液中，在0～50℃下搅拌大于10分钟，得到混合物II。更优选地，在步骤(b)中，将溶液I滴入碱土金属离子溶液中，在5～30℃下搅拌10～20分钟，得到混合物II。优选地，步骤(b)中所述碱土金属离子溶液为钙离子溶液。优选地，步骤(c)中所述干燥为真空冷冻干燥。优选地，步骤(c)中所述分离通过过滤的方法进行。因此，在一个具体的实施方案中，所述离子吸附剂的制备方法至少包括以下步骤：(a)按照上述重量比，称取海藻酸盐和柠檬酸盐溶于水中，在搅拌条件下加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺，再加入乙二胺，得到溶液I；(b)在搅拌条件下，将溶液I滴入钙离子溶液中并继续搅拌，得到混合物II；(c)将混合物II固液分离后得到的固体洗涤、冻干，即得所述离子吸附剂。因此，在一个更具体的实施方案中，步骤(a)包括：按照上述重量比，称取海藻酸盐和柠檬酸盐溶于水中，在搅拌条件下加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺，再加入乙二胺，反应温度为0～70℃，反应时间大于1小时，得到溶液I；步骤(b)包括：在搅拌条件下，将溶液I滴入钙离子溶液中并继续搅拌，反应温度为0～50℃，反应时间大于10分钟，得到固液混合物II。根据本申请的又一个方面，提供了所述离子吸附剂、根据所述方法制备得到的离子吸附剂的用途，其用于去除水体中的钙离子和/或镁离子。优选地，所述水体中钙离子的浓度为0.0001～0.01mol/L；所述水体中镁离子的浓度为0.0001～0.01mol/L。本申请能够产生的有益效果包括：1)本申请所提供的离子吸附剂，其对多种重金属离子以及特别是钙离子和镁离子的吸附速率快、吸附率高且吸附容量大，并且经简易处理可再生，经多次循环使用后吸附性能保持稳定。2)本申请所提供的离子吸附剂的制备方法，其工艺过程简单步骤少、条件温和且原料绿色廉价，因此可以低成本制备高效、环保的离子吸附剂。附图说明图1为本申请实施例1中制备的离子吸附剂的形貌照片。具体实施方式本申请的目的在于提供一种绿色、高效、可循环使用的离子吸附剂及其制备方法和用途，所述离子吸附剂能有效吸附水体中和钙离子和镁离子，从而达到硬水软化的目的。根据本申请的离子吸附剂以廉价的海藻酸盐和柠檬酸盐为原料，通过使用乙二胺经酰胺化反应连接后制备得到吸附剂，通过调整反应物浓度以及原料，获得性能与形貌最佳的离子吸附剂。在本申请中，以海藻酸盐和柠檬酸盐为原料，通过1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺活化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子吸附剂，其特征在于，所述离子吸附剂由乙二胺与海藻酸盐和柠檬酸盐经酰胺化反应得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种离子吸附剂，其特征在于，所述离子吸附剂由乙二胺与海藻酸盐和柠檬酸盐经酰胺化反应得到。


2.根据权利要求1所述的离子吸附剂，其特征在于，所述离子吸附剂可吸附溶液中的铅离子、钙离子、铜离子、汞离子、铬离子、锌离子、铁离子、镁离子中的至少一种；
优选地，所述离子吸附剂为钙离子和/或镁离子吸附剂。


3.根据权利要求1所述的离子吸附剂，其特征在于，在溶液中的钙离子浓度为10-4mol/L～1.5×10-3mol/L，溶液与所述离子吸附剂的液固比为0.2L/g的条件下，所述离子吸附剂在室温下对钙离子的吸附率为90％～99.9％；
在溶液中的镁离子浓度为10-4mol/L～1.5×10-3mol/L，溶液与所述离子吸附剂的液固比为0.2L/g的条件下，所述离子吸附剂在室温下对镁离子的吸附率为90％～99％。


4.权利要求1至3中任一项所述离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括使海藻酸盐和柠檬酸盐与乙二胺进行酰胺化反应。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
(a)将含有海藻酸盐、柠檬酸盐和活化剂的溶液与乙二胺混合进行酰胺化反应，得到溶液I；
(b)将溶液I滴入碱土金属离子溶液中，得到混合物II；
(c)分离得到的混合物II中的固体，经洗涤、干燥，即得所述离子吸附剂。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(a)中所述海藻酸盐选自海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸中的至少一种；
步骤(a)中所述柠檬酸盐选自柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸中的至少一种；
步骤(a)中所述活化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爱国，金鹏翔，张玉杰，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33