一种具有废热回收和重金属离子吸附的相变微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有废热回收和重金属离子吸附的相变微胶囊及制备方法，所述胶囊为核壳结构，胶囊核为相变材料，胶囊壳为纳米四氧化三铁和碳酸钙。通过化学合成法得到尺寸均一的纳米四氧化三铁粒子，然后用乳液模板法、自组装沉淀法成功将碳酸钙以及纳米四氧化三铁均匀地包覆在相变材料表面，相变材料为胶囊核，碳酸钙和纳米四氧化三铁为胶囊壳，得到了形态稳定、可重复回收利用的相变微胶囊。可重复回收利用的相变微胶囊。

【技术实现步骤摘要】
一种具有废热回收和重金属离子吸附的相变微胶囊及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微胶囊
，具体涉及一种具有废热回收和重金属离子吸附的相变微胶囊及其制备方法。

技术介绍

[0002]水污染通常是由有害物质造成水的使用价值下降，污染环境的水。水体受到来自医疗、工业和人类日常生活废物的处理不当、农业肥料以及石油泄漏等化学物质包括洗涤剂、有机染料、重金属离子和农药等的污染。这些化学物质会降低水质，威胁人类的生存环境。其中，工业废水中的重金属离子，因其不易讲解，导致其在生物体内逐渐积累，对人类构成严重的威胁。因此，工业废水一直是水污染问题的重中之重。寻找合适的方法，以期实现对工业污水处理与净化，成了近年来人们关注的焦点之一。
[0003]为了满足人类和环境对水质的要求，实现人类的可持续发展，相应的水处理技术，如膜分离、沉淀、氧化工艺、混凝絮凝和吸附等被开发用于去除水中的污染物质。在这些技术中，简单的物理或化学吸附法因其成本低、效率高、对有毒物质不敏感、易于操作等优点被认为是最有希望工业化的水处理技术。吸附剂的种类繁多，包括天然矿物、碳基材料、生物炭和聚合材料等，均可被用于废水处理。其中，碳酸钙基吸附剂作为一种天然矿物，具有成本低、环境友好、抗氧化能力强和热稳定性高的优点。现有的研究结果证实，碳酸钙基吸附剂可有效去除水体中的各种重金属粒子，如Cu
2+
、Cd
2+
、Cr
3+
、Fe
2+
、Ni
2+
和Pb
2+r/>。然而，天然矿物碳酸钙因其表面的活性位点数量少、比表面积小，展现出的去除效率差强人意。相比之下，利用合成手段，可实现碳酸钙表面活性位点和比表面积的有效调控，展现出优于天然碳酸钙的吸附能力。尽管调整合成方法可以得到的不同晶型和比表面积的碳酸钙，但是大比表面积的碳酸钙往往是以减小其尺寸为代价，导致合成的碳酸钙很难从废水中分离出来，并不利于其实际应用。
[0004]工业废水中，除了排放有毒性的污染物，还会伴随着大量的工业废热。大量的废热不仅威胁水体生物如鱼类和水草类的生存环境，还增加了能量的耗散。如果能够实现对工业废热的回收和再利用，必然能为低碳能演和工业未来的可持续化提供一个良好的机遇。固
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液相变材料作为一类高储能能力、较低相分离率、化学性质稳定以及接近恒定温度的热能吸收和释放的材料，利用其相转变可储存大量热量，可实现工业废水中废热的有效回收。但是，传统的相变材料在相转变过程中具有高流动的缺点，致使其循环稳定性和耐久性差，限制了其应用。现有的研究表明，通过微胶囊包覆技术，将相变材料包覆于致密壳材当中，不仅能够防止相变材料的泄漏和流失，还可以控制反应条件，实现对壳材微观形貌的调控。同时，选取具有功能性的壳材，还能实现相变微胶囊材料的功能化，拓宽了其不同的应用前景，但是目前还未有能够同时实现废热回收和重金属离子吸附的相变微胶囊的报道。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术，本专利技术的目的是提供一种具有废热回收和重金属离子吸附的相变微胶囊及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一方面提供一种具有废热回收和重金属离子吸附的相变微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将相变材料、纳米四氧化三铁和乳化剂分散于甲酰胺中，搅拌反应形成水包油乳液体系；
[0009](2)向水包油乳液体系中加入氯化钙溶液和碳酸钠溶液，反应3
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5h，过滤得到相变微胶囊。
[0010]作为优选，步骤(1)中，纳米四氧化三铁的粒径为50
‑
100nm；优选的，纳米四氧化三铁的制备方法：三氯化铁与二氯化铁在水中进行搅拌，调节pH值为碱性，反应完全后进行水洗，得到纳米四氧化三铁；优选的，三氯化铁与二氯化铁的摩尔比为2：1，调节pH值的物质为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，反应温度为40
‑
60℃，搅拌转速为350
‑
550rpm，反应时间为20
‑
40min。
[0011]作为优选，步骤(1)中，所述纳米四氧化三铁：乳化剂：相变材料：甲酰胺的质量比为(1
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3)：(4
‑
5)：20:1000。
[0012]作为优选，步骤(1)中，反应温度为40
‑
60℃，搅拌速率为300
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500rpm，搅拌时间为4
‑
6h。
[0013]作为优选，步骤(1)中，所述相变材料为正烷烃，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)中的一种或多种。
[0014]作为优选，当乳化剂为十二烷基硫酸钠或聚环氧乙烷
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聚环氧丙烷
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聚环氧乙烷三嵌段共聚物时，先加入氯化钙溶液，后加入碳酸钠溶液，碳酸钠溶液的加入速率为1
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10mL/min；当乳化剂为十六烷基三甲基溴化铵时，先加入碳酸钠溶液，后加入氯化钙溶液，氯化钙溶液的加入速率为1
‑
10mL/min。
[0015]SDS属于阴离子乳化剂，会形成负电离子的表面活性物质会吸引阳离子，所以先加入氯化钙溶液，使钙离子被SDS所吸引。P104属于中性的乳化剂，聚合物链上的大量羟基，该表面活性剂能够与Ca
2+
络合，所以要先加入氯化钙溶液。CTAB属于阳离子乳化剂，需要先加入阴离子，所以先加入碳酸钠溶液。
[0016]作为优选，步骤(2)中，所述氯化钙溶液为氯化钙溶于甲酰胺或去离子水的溶液，浓度为0.08
‑
0.09g/mL，所述碳酸钠溶液为碳酸钠溶于去离子水的溶液，浓度为0.09
‑
0.10g/mL。
[0017]作为更优选，氯化钙溶液中的氯化钙与碳酸钠溶液中的碳酸钠与步骤(1)中的相变材料的质量比为(8
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9)：(9
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10)：10。
[0018]本专利技术的第二方面提供上述的制备方法得到的相变微胶囊，所述胶囊为核壳结构，胶囊核为相变材料，胶囊壳为纳米四氧化三铁和碳酸钙。
[0019]作为优选，所述相变微胶囊的相变焓为130J/g以上，对镉离子吸附量在850mg/g以上，对铜离子吸附量在700mg/g以上，对铬离子吸附量在900mg/g以上，对铁离子吸附量在
500mg/g以上。
[0020]本专利技术采用了三种乳化剂，得到了碳酸钙的三种晶型。在用SDS合成相变微胶囊的过程中，SDS中Ca
2+
和阴离子基团通过离子间相互作用促进了Ca
2+
在正烷烃胶束附近的局部过饱和。这种局部过饱和有利于沉淀的碳酸钙纳米颗粒通过SDS的烷基硫酸盐基团连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有废热回收和重金属离子吸附的相变微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将相变材料、纳米四氧化三铁和乳化剂分散于甲酰胺中，搅拌反应形成水包油乳液体系；(2)向水包油乳液体系中加入氯化钙溶液和碳酸钠溶液，反应3
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5h，过滤得到相变微胶囊。2.根据权利要求1所述的相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，纳米四氧化三铁的粒径为50
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100nm；优选的，纳米四氧化三铁的制备方法：三氯化铁与二氯化铁在水中进行搅拌，调节pH值为碱性，反应完全后进行水洗，得到纳米四氧化三铁；优选的，三氯化铁与二氯化铁的摩尔比为2：1，调节pH值的物质为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种，反应温度为40
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60℃，搅拌转速为350
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550rpm，反应时间为20
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40min。3.根据权利要求1所述的相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米四氧化三铁：乳化剂：相变材料：甲酰胺的质量比为(1
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3)：(4
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5)：20:1000。4.根据权利要求1所述的相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，反应温度为40
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60℃，搅拌速率为300
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500rpm，搅拌时间为4
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6h。5.根据权利要求1所述的相变微胶囊的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述相变材料为正烷烃，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚环氧乙烷
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，田东林，汪晓东，张萌，申浩海，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：