一种处理污水中铜离子的磁性支化聚乙烯亚胺及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种处理污水中铜离子的磁性支化聚乙烯亚胺，通过以下方法制备：（1）制备四氧化三铁纳米粒子；（2）接枝：以二环己基碳二亚胺和N

【技术实现步骤摘要】
一种处理污水中铜离子的磁性支化聚乙烯亚胺及其应用


[0001]本专利技术属于高分子环境材料
，具体为磁性支化聚乙烯亚胺(Fe3O4@BPEI/OA)的生产工艺及吸附铜离子的系统总成的构造。

技术介绍

[0002]防治重金属污染一直以来都是环境保护的重要一环。污水中铜离子的污染是重金属污染中的一种。当人体中残存了大量铜离子后，会对身体尤其是肝脏造成不可逆转的负担，引起新陈代谢紊乱，肝硬化等疾病。当过量铜离子进入土壤后，会对植物和土壤中微生物产生重要影响。当过量铜离子进入水体后，会影响水中的生态系统。
[0003]支化聚乙烯亚胺是一种与水相溶的高分子聚合物，其分子链中众多的伯、仲、叔氨基官能团可以以静电作用、离子交换、配位等形式接合水中的铜离子，在水处理方面有十分巨大的应用空间。但正是由于支化聚乙烯亚胺的水溶性，当其进入水体之后不便于回收。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了提供一种磁性支化聚乙烯亚胺的新型改性工艺方法，将聚乙烯亚胺中的重要官能团接枝到四氧化三铁纳米粒子表面，使其能够有效去除水中的铜离子，并且由于其磁性吸附于小磁珠上，可以快速从水中分离回收，并且可以循环和再利用。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术提供了一种处理污水中铜离子的磁性支化聚乙烯亚胺(Fe3O4@BPEI/OA)，通过以下方法制备：
[0006](1)制备四氧化三铁纳米粒子；
[0007](2)接枝：以二环己基碳二亚胺(DCC)和N
‑
羟基丁二酰亚胺(NHS)为接枝剂，将支化聚乙烯亚胺接枝在四氧化三铁纳米粒子表面，；
[0008](3)沉降收集：将步骤(2)获得的产物进行磁化，即得所述磁性支化聚乙烯亚胺。
[0009]具体步骤如下：
[0010](1)四氧化三铁纳米粒子的制备：
[0011]在通风环境下准备氨水100mL，持续缓慢通入FeCl3·
6H2O和FeCl2·
4H2O含量分别为21.6g和8.2g的混合溶液，水浴加热，鼓泡1～1.5小时后，加入6mL油酸和4mL硅烷偶联剂，反应结束后，在外磁场作用下，使用超纯水和无水乙醇洗涤三次，高温真空干燥24h，即得所述四氧化三铁纳米粒子。
[0012](2)接枝：
[0013]取10g四氧化三铁纳米粒子分散于200mL超纯水中制备悬浊液，并用稀盐酸调节pH值至微酸性，在弱酸性环境下加入二环己基碳二亚胺(DCC)和N
‑
羟基丁二酰亚胺，氮气保护下充分搅拌1h后，采用NaOH溶液调节pH，于中性环境下加入支化聚乙烯亚胺水溶物(支化聚乙烯亚胺BPEI胶状物15g溶于200mL超纯水中制备)，此时溶液ph为10，用稀盐酸略微降低ph后，氮气保护下充分搅拌24h，得黑色悬浊液。
[0014](3)沉降收集：
[0015]将获得的黑色悬浊液冷却后，通入强磁环境沉降，收集黑色产物，多次使用无水乙醇和超纯水洗涤，获得的黑色产物真空干燥，即得磁性支化聚乙烯亚胺粉末(Fe3O4@BPEI/OA)。
[0016]本专利技术还提供了采用该磁性支化聚乙烯亚胺粉末(Fe3O4@BPEI/OA)进行污水铜离子处理的具体应用。本专利技术通过具有如下结构的除污管道总成系统进行含铜污水处理：该总成系统包括污水箱、分流管、循环管道、除杂管道、铜离子监测装置；污水箱通过分流管连接杂管道；除杂管道中的污水通过循环管道回流至分流管；循环管道上分别设置阀门和铜离子监测装置；除杂管道上设置快开结构；除杂管道内设有多个中空的多孔小球，小球内装有吸附有磁性支化聚乙烯亚胺粉末的小磁珠。
[0017]本专利技术相比现有技术具有以下优点：
[0018]1、本专利技术磁性支化聚乙烯亚胺(Fe3O4@BPEI/OA)由支化聚乙烯亚胺接枝在四氧化三铁纳米粒子表面构成，两者均对铜离子有良好的吸附能力。四氧化三铁纳米粒子吸附铜离子的强弱由Fe
3+
和Fe
2+
的电荷与半径的比率，Fe
3+
和Fe
2+
的电负性来决定的。由于四氧化三铁粒子属于纳米级粒子，纳米粒子本身具有较高的比表面积和表面活性，增加了与废水中铜离子的接触机会，易发生吸附。由于支化聚乙烯亚胺中有丰富的氨基和羟基官能团，且表面氨基和羟基的质子化程度较高，氨基和羟基官能团对于铜离子具有很强的络合作用。
[0019]2、本专利技术通过对接枝剂的优选，获得具有更佳铜离子吸附性能和更长使用寿命的新型材料。
[0020]3、本专利技术在现有技术基础上进行了四氧化三铁纳米粒子的制备改良，以油酸为表面活性剂、硅烷偶联剂为粘合剂，制备获得的纳米粒子具有更好的弥散性和更小的粒径。由此接枝获得的磁性支化聚乙烯亚胺具有更强的铜离子吸附性能。
附图说明
[0021]图1为本专利技术磁性支化聚乙烯亚胺中四氧化三铁纳米粒子的制备流程图；
[0022]图2为本专利技术磁性支化聚乙烯亚胺的制备流程图；
[0023]图3为本专利技术除污管道总成系统结构示意图；
[0024]图4为本专利技术磁性支化聚乙烯亚胺的铜离子吸附原理图；
[0025]图5为吸光度
‑
铜离子浓度(0
‑
2.0mg/L)拟合曲线；
[0026]图6为吸光度
‑
铜离子浓度(0
‑
60mg/L)拟合曲线；
[0027]图7为周期为5min循环下Fe3O4@BPEI/OA降解铜离子效果图；
[0028]图8为周期为5min循环下对比例材料降解铜离子效果图；
[0029]图9为周期为10min循环下Fe3O4@BPEI/OA降解铜离子效果图；
[0030]图10为周期为10min循环下对比例材料降解铜离子效果图；
[0031]图11为Fe3O4@BPEI/OA随天数变化的吸光度图；
[0032]图12为对比例材料随天数变化的吸光度图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图，对本专利技术中的技术路线进行更加清晰，具体的描述，以便于更加明了的了解本专利技术专利。
[0034]实施例1
[0035]如图1和图2所示，本专利技术四氧化三铁纳米粒子及磁性支化聚乙烯亚胺(Fe3O4@BPEI/OA)的制备过程如下：
[0036](1)取水浴锅，加入约400mL水，放入通风环境中并打开加热开关，将其升温到65摄氏度，待用。
[0037](2)取两个500mL的烧杯，将21.6g的FeCl
·
6H2O溶于150mL的水中，使用强力搅拌机搅拌三分钟，搅拌速率为1000r/min，待FeCl3溶解超过半数时，取8.2g的FeCl2·
4H2O溶于100mL水中，并用磁力搅拌机搅拌三分钟，待用。
[0038](3)将溶解完毕的FeCl3和FeCl2溶液混合在500mL的烧杯中，将其放入水浴锅中加热，并且要求水浴锅中的水能够恰好没过烧杯中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种处理污水中铜离子的磁性支化聚乙烯亚胺，其特征在于，所述磁性支化聚乙烯亚胺通过以下方法制备：(1)制备四氧化三铁纳米粒子；(2)接枝：以二环己基碳二亚胺和N
‑
羟基丁二酰亚胺为接枝剂，将支化聚乙烯亚胺接枝在四氧化三铁纳米粒子表面；(3)沉降收集：将步骤(2)获得的产物进行沉降洗涤干燥，即得所述磁性支化聚乙烯亚胺。2.根据权利要求1所述的磁性支化聚乙烯亚胺，其特征在于，所述步骤(2)中接枝的具体方案如下：取四氧化三铁纳米粒子制备悬浊液，在弱酸性环境下加入二环己基碳二亚胺和N
‑
羟基丁二酰亚胺，氮气保护下充分搅拌后，调节pH，于中性环境下加入支化聚乙烯亚胺水溶物，调节pH为碱性后，氮气保护下充分搅拌，得黑色悬浊液。3.根据权利要求2所述的磁性支化聚乙烯亚胺，其特征在于，所述步骤(2)中调节pH值采用稀盐酸和NaOH溶液；所述加入二环己基碳二亚胺和N
‑
羟基丁二酰亚胺的弱酸性环境为pH至6.0；加入支化聚乙烯亚胺水溶物后，调节pH为9.7。4.根据权利要求3所述的磁性支化聚乙烯亚胺，其特征在于，所述步骤(2)中四氧化三铁纳米粒子、二环己基碳二亚胺、N
‑
羟基丁二酰亚胺和支化聚乙烯亚胺的加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈悦凯，孙滢涛，李菁蔚，魏振华，陈佳栋，周剑锋，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：