一种表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于化学吸附技术领域，本发明专利技术提供了一种表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球及其制备方法与应用。本发明专利技术提供的表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球的制备方法包括以下步骤：S1、将Fe(OH)3、碳粉和乙醇混合得到悬浊液，在保护气体下，对悬浊液进行煅烧得到磁性粉末；S2、将海藻酸钠与水混合得到凝胶液，凝胶液与磁性粉末混合得到磁性凝胶液；S3、将磁性凝胶液滴入金属盐溶液中，经固化后即得表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球。本发明专利技术制备的表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球作为吸附剂在吸附水体中无机磷的过程中具有很高的活性，并且还易于将吸附剂从水体中分离回收。剂从水体中分离回收。剂从水体中分离回收。

【技术实现步骤摘要】
一种表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及化学吸附
，尤其涉及一种表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]目前，随着各个行业的快速发展，污水的排放量也随之增大，水中的磷是造成环境污染的关键污染物，磷主要通过二次污染进入水系统，如工业、城市污水和污泥，其中80％随污水排放。磷营养化会加速有害藻类的繁殖和扩散，危害水生生物，破坏水体的自净能力，对人类健康以及环境构成直接威胁。虽然磷对水环境有害，但它也是植物生长发育的重要成分，含磷肥料是从不可再生的磷酸矿物资源中自然提取的。据统计，全球每年产生3000万吨污泥，其中磷的完全回收率仅为需求的5％，因此，从二次源中去除和回收磷是非常重要的，同时还可以提高资源安全性，减少对天然磷的开采，并减轻水体富营养化。广泛用于除磷的传统方法包括生物除磷，生态除磷和化学除磷。生物除磷涉及许多影响因素(溶解氧、温度、生物需氧量、有机物等)，导致处理和回收效果高度不稳定。此外，根据适用的排放法规，通常不能达到总磷处理标准；生态除磷法占地面积大，受温度影响大，因此这种方法不能在寒冷天气下使用。相比之下，包括结晶、离子交换和化学吸附在内的化学除磷方法因其易于操作且处理成本低而成为优先考虑的方法。然而目前报道的一些高效除磷的吸附材料多为纳米粉末状形态，吸附完成后难以实现在水体中的分离回收。
[0003]因此，如何提供一种吸附性强，易于回收处理的除磷吸附材料成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球及其制备方法与应用，其目的是解决现有除磷吸附材料的吸附性能差，难以回收等技术问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、将Fe(OH)3、碳粉和乙醇混合得到悬浊液，在保护气体下，对悬浊液进行煅烧得到磁性粉末；
[0008]S2、将海藻酸钠与水混合得到凝胶液，凝胶液与磁性粉末混合得到磁性凝胶液；
[0009]S3、将磁性凝胶液滴入金属盐溶液中，经固化后即得表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球。
[0010]进一步的，所述步骤S1中，Fe(OH)3和碳粉的质量比为10～20：1；Fe(OH)3和碳粉的总质量与乙醇的体积比为8～10g：1L。
[0011]进一步的，所述步骤S1中，所述保护气体为氢气、氮气或惰性气体；所述煅烧的温
度为500～700℃，煅烧的时间为2～5h。
[0012]进一步的，所述步骤S2中，海藻酸钠与水混合的温度为60～75℃；海藻酸钠与水的质量体积比为10～20g：1L。
[0013]进一步的，所述步骤S2中，海藻酸钠与磁性粉末的质量比为300：50～100。
[0014]进一步的，所述步骤S3中，金属盐为硝酸钙、氯化钙、硝酸镧、氯化镧和氯化镁中的一种或多种；金属盐溶液的浓度为0.02～0.2g/L。
[0015]进一步的，所述步骤S3中，所述固化的时间为20～40min。
[0016]本专利技术提供了上述制备方法所制备的表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球，所述表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球的粒径为1～3mm。
[0017]本专利技术还提供了上述表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球作为吸附剂在吸附水体中无机磷中的应用。
[0018]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0019]本专利技术在制备表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球的过程中添加了磁性粉末，凝胶小球中丰富的羧基可以实现表面功能化，羧基基团能与钙离子、镁离子和镧离子反应生成海藻酸盐骨架，其表面的钙离子、镁离子和镧离子可对磷酸根进行有效吸附。此外，磁性介质使得吸附剂具有磁性，使其易于从溶液中分离，从而有效回收。
附图说明
[0020]图1为实施例1制备的磁性粉末的XRD图像；
[0021]图2为实施例1制备的表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球的图像；
[0022]图3为吸附反应中不同浓度下磷酸根去除率随时间变化的图；
[0023]图4为吸附反应中不同金属盐制备的表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球去除磷酸根的时间变化图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球的制备方法，包括以下步骤：
[0025]S1、将Fe(OH)3、碳粉和乙醇混合得到悬浊液，在保护气体下，对悬浊液进行煅烧得到磁性粉末；
[0026]S2、将海藻酸钠与水混合得到凝胶液，凝胶液与磁性粉末混合得到磁性凝胶液；
[0027]S3、将磁性凝胶液滴入金属盐溶液中，经固化后即得表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球。
[0028]在本专利技术中，所述步骤S1中，Fe(OH)3和碳粉的质量比为10～20：1，优选为12～18：1，进一步优选为14～16：1；Fe(OH)3和碳粉的总质量与乙醇的体积比为8～10g：1L，优选为9g：1L。
[0029]在本专利技术中，所述步骤S1中，所述保护气体为氢气、氮气或惰性气体，所述惰性气体优选为氦气、氖气或氩气，进一步优选为氖气或氩气；所述煅烧的温度为500～700℃，优选为540～660℃，进一步优选为580～620℃；煅烧的时间为2～5h，优选为2.5～4h，进一步优选为3～3.5h。
[0030]在本专利技术中，所述步骤S1中，悬浊液煅烧前需要平铺于瓷舟内，干燥成膜，干燥的温度为50～100℃，优选为60～90℃，进一步优选为70～80℃。
[0031]在本专利技术中，所述步骤S2中，海藻酸钠与水混合的温度为60～75℃，优选为62～73℃，进一步优选为66～70℃；海藻酸钠与水的质量体积比为10～20g：1L，优选为12～18g：1L，进一步优选为14～16g：1L。
[0032]在本专利技术中，所述步骤S2中，海藻酸钠与磁性粉末的质量比为300：50～100，优选为300：60～90，进一步优选为300：70～80。
[0033]在本专利技术中，所述步骤S3中，金属盐为硝酸钙、氯化钙、硝酸镧、氯化镧和氯化镁中的一种或多种，优选为氯化钙、硝酸镧、氯化镧和氯化镁中的一种或多种，进一步优选为氯化钙和/或硝酸镧；金属盐溶液的浓度为0.02～0.2g/L，优选为0.04～0.16g/L，进一步优选为0.08～0.12g/L。
[0034]在本专利技术中，所述步骤S3中，一滴磁性凝胶液形成一个表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球；磁性凝胶液的滴落速度为1～5mL/min，优选为2～4mL/min，进一步优选为3mL/min。
[0035]在本专利技术中，所述步骤S3中，所述固化的时间为20～40min，优选为22～36min，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将Fe(OH)3、碳粉和乙醇混合得到悬浊液，在保护气体下，对悬浊液进行煅烧得到磁性粉末；S2、将海藻酸钠与水混合得到凝胶液，凝胶液与磁性粉末混合得到磁性凝胶液；S3、将磁性凝胶液滴入金属盐溶液中，经固化后即得表面修饰有金属离子的功能化磁性凝胶小球。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，Fe(OH)3和碳粉的质量比为10～20：1；Fe(OH)3和碳粉的总质量与乙醇的体积比为8～10g：1L。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述保护气体为氢气、氮气或惰性气体；所述煅烧的温度为500～700℃，煅烧的时间为2～5h。4.根据权利要求1～3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖亮，蒋光明，仝秋雯，沈飞，石力，
申请(专利权)人：重庆市生态环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：