一种磁性交联型壳聚糖-聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磁性交联型壳聚糖

【技术实现步骤摘要】
一种磁性交联型壳聚糖
‑
聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒及制备方法


[0001]本专利技术涉及水体重金属离子吸附及染料去除
，具体涉及一种磁性交联型壳聚糖
‑
聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒及制备方法。

技术介绍

[0002]吸附法去除水中有毒污染物已经成为一种经济、简易、高效、可操作性强的方法。然而，现有的吸附材料大多数只能针对水体单一种类的污染物，比如，通过吸附剂去除重金属离子或者有机污染物。然而，由于人类活动而导致的水体污染一般含有多种污染物，比如，皮革废水中一般除了含有大量的有毒Cr(
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)外还含有大量的有机染料等污染物。现有的吸附材料往往针对水体单一污染的去除，缺乏协同吸附效果，尤其是在无机重金属离子和有机难降解物共存的废水中。因此，对水体多种重金属离子以及偶氮类染料具有协同吸附的磁性复合材料能够大幅度提高水体污染物的去除效率并能减少净化工序、节省成本。

技术实现思路

[0003]为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种磁性交联型壳聚糖
‑
聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒及制备方法，对水体多种重金属离子以及偶氮类染料具有协同吸附的效果，并且具有吸附容量大、可回收、无二次污染等优点。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0005]一种磁性交联型壳聚糖
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聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒，为一种磁性复合材料，通过交联剂将壳聚糖和聚乙烯亚胺进行交联并加入磁性颗粒、生物炭颗粒和致孔剂，混合均匀后再加入到碱液中析出一种黑色的水凝胶，随后用清水洗净致中性再烘干成固体颗粒，交联的壳聚糖
‑
聚乙烯亚胺将磁性颗粒和生物炭颗粒进行包埋，制备的复合凝胶颗粒为一种磁性颗粒，表面和内部含有大量的活性功能基团和π
‑
π键，可通过离子交换、孔填充、表面络合、氢键作用以及π
‑
π相互作用等吸附水中的重金属离子和偶氮类染料。
[0006]一种磁性交联型壳聚糖
‑
聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒的制备方法，包括以下步骤；
[0007]步骤1，生物炭的制备：
[0008]首先，以天然生物质材料为原料，经过初步剪碎再通过粉碎机的粉碎得到一定目数的生物质颗粒材料，然后，在氮气条件下，将生物质颗粒材料放入炭化炉内高温碳化一段时间，得到黑色的生物炭颗粒；
[0009]步骤2，磁性交联型壳聚糖
‑
聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒的制备：
[0010]首先，取一定量的壳聚糖溶于质量浓度为2％的醋酸溶液中搅拌溶解，待充分溶解后转移到反应釜内继续搅拌；
[0011]然后，依次加入一定量质量浓度为10％的聚乙烯亚胺溶液、步骤1得到的生物炭颗粒、磁性颗粒以及致孔剂继续搅拌分散，待分散均匀后往混合溶液中滴加交联剂，室温下反
应4
‑
6小时，待交联完成后将产物加入到1.25mol/L的NaOH溶液中得到复合水凝胶微球，浸泡12小时，最后将NaOH溶液浸泡的复合水凝胶微球过滤并用清水洗涤数次至中性再烘干粉碎即得到磁性交联型壳聚糖
‑
聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒。
[0012]所述步骤2中磁性颗粒为纳米级磁性颗粒，颗粒大小为10
‑
200目；
[0013]所述步骤2中磁性颗粒包括：纳米四氧化三铁(Fe3O4)、纳米三氧化二铁(Fe2O3)中的一种或者两种；
[0014]所述步骤1中天然生物质材料包括：大豆秸秆、玉米秸秆、花生壳、木屑、稻壳中的一种或者几种；
[0015]所述步骤1中的碳化温度为400
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1200℃。
[0016]所述步骤1中的碳化时间为60
‑
180min。
[0017]所述复合材料中的壳聚糖与聚乙烯亚胺的物质量之比为1:10
‑
10:1。
[0018]所述的交联剂包括：戊二醛、三聚磷酸钠中的一种或两种。
[0019]所述的交联剂质量为壳聚糖与聚乙烯亚胺总质量的1/20
‑
1/5。
[0020]所述的磁性颗粒的质量占总原料(磁性颗粒材料、生物炭材料、壳聚糖、聚乙烯亚胺)质量的1/5
‑
4/5。
[0021]所述的生物炭颗粒的质量占总原料(磁性颗粒材料、生物炭材料、壳聚糖、聚乙烯亚胺)质量的1/10
‑
1/3。
[0022]所述致孔剂占比为总原料(磁性颗粒材料、生物炭材料、壳聚糖、聚乙烯亚胺)质量的1/100
‑
1/50。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]本专利技术的复合凝胶颗粒为一种磁性复合吸附材料，对水体多种重金属离子以及偶氮类染料具有协同吸附性，并且具有吸附容量大、可回收、无二次污染等优点。
[0025]本专利技术吸附之后的吸附材料能够实现快速聚集并分离污染物从而避免二次处理和污染的问题。
附图说明：
[0026]图1为本专利技术实施例1中生物炭和三种复合凝胶颗粒的XRD图。
[0027]图2为本专利技术实施例1中三种复合凝胶颗粒的磁滞回流线图。
[0028]图3为专利技术实施例1中三种复合凝胶颗粒对水体各种重金属离子(质量浓度均为100mg/L)的吸附容量。
[0029]图4为本专利技术实施例1中三种复合凝胶颗粒对甲基橙染料(质量浓度为30mg/L)的吸附效果。
[0030]图5为本专利技术实施例1中不同质量复合凝胶颗粒对刚果红染料(质量浓度为30mg/L)的吸附效果。
具体实施方式
[0031]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0032]实施例1
[0033]以大豆秸秆为原料，经过剪碎和粉碎得到100目的大豆秸秆生物质颗粒。然后，在
氮气条件下，将大豆秸秆生物质颗粒放入炭化炉内800℃下碳化2h，得到大豆秸秆生物炭颗粒。
[0034]取1g壳聚糖溶于49g质量浓度为2％的醋酸溶液中使壳聚糖充分溶解后转移到反应釜内，然后依次加入1.2g质量浓度为10％的聚乙烯亚胺水溶液，0.3g、0.6g、1g大豆秸秆生物炭颗粒，2g纳米四氧化三铁颗粒以及0.2g滑石粉，继续搅拌分散。待分散均匀后往混合溶液中滴加0.5g戊二醛交联剂，室温下反应5个小时，待交联完成后将产物滴加到1.25mol/L的NaOH溶液中得到复合水凝胶微球，浸泡12小时。最后将水凝胶微球过滤并用清水洗涤数次至中性再在50℃下烘干粉碎，得到磁性交联型壳聚糖
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聚乙烯亚胺/大豆秸秆生物炭复合凝胶颗粒，分别记为MCP
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SSB0.3、MCP
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SSB0.6、MCP
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SSB1。
[0035]其中，M代表磁性四氧化三铁颗粒，C代表壳聚糖，P代表聚乙烯亚胺，SSB代表大豆秸秆生物炭，0.3、0.6、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性交联型壳聚糖
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聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒，其特征在于，为一种磁性复合材料，通过交联剂将壳聚糖和聚乙烯亚胺进行交联并加入磁性颗粒、生物炭颗粒和致孔剂，混合均匀后再加入到碱液中析出一种黑色的水凝胶，随后用清水洗净致中性再烘干成固体颗粒，交联的壳聚糖
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聚乙烯亚胺将磁性颗粒和生物炭颗粒进行包埋，制备的复合凝胶颗粒为一种磁性颗粒，表面和内部含有大量的活性功能基团和π
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π键，可通过离子交换、孔填充、表面络合、氢键作用以及π
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π相互作用等吸附水中的重金属离子和偶氮类染料。2.基于权利要求1所述的一种磁性交联型壳聚糖
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聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1，生物炭的制备：首先，以天然生物质材料为原料，经过初步剪碎再通过粉碎机的粉碎得到一定目数的生物质颗粒材料，然后，在氮气条件下，将生物质颗粒材料放入炭化炉内高温碳化一段时间，得到黑色的生物炭颗粒；步骤2，磁性交联型壳聚糖
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聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒的制备：首先，取一定量的壳聚糖溶于质量浓度为2％的醋酸溶液中搅拌溶解，待充分溶解后转移到反应釜内继续搅拌；然后，依次加入一定量质量浓度为10％的聚乙烯亚胺溶液、步骤1得到的生物炭颗粒、磁性颗粒以及致孔剂继续搅拌分散，待分散均匀后往混合溶液中滴加交联剂，室温下反应4
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6小时，待交联完成后将产物加入到1.25mol/L的NaOH溶液中得到复合水凝胶微球，浸泡12小时，最后将NaOH溶液浸泡的复合水凝胶微球过滤并用清水洗涤数次至中性再烘干粉碎即得到磁性交联型壳聚糖
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聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒。3.根据权利要求2所述的一种磁性交联型壳聚糖
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聚乙烯亚胺/生物炭复合凝胶颗粒的制备方法，其特征在于，所述步骤2中磁性颗粒为纳米级磁性颗粒，颗粒大小为10
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【专利技术属性】
技术研发人员：曾湘楚，武哲，
申请(专利权)人：河池学院，
类型：发明
国别省市：