本发明专利技术公开了一种聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂及其制备方法和应用，该磁性多孔吸附剂包括磁性多孔复合物，磁性多孔复合物主要由四氧化三铁和γ-三氧化二铁组成，磁性多孔复合物表面生成有硅羟基，硅羟基上连接有γ-氯丙基三甲氧基硅烷，γ-氯丙基三甲氧基硅烷上接枝有聚乙烯亚胺；其制备方法包括步骤：将磁性多孔复合物置于甲磺酸溶液或者盐酸中进行活化使其表面生成硅羟基，用γ-氯丙基三甲氧基硅烷偶联剂交联，再将聚乙烯亚胺共价嫁接到磁性多孔复合物表面即可；该磁性多孔吸附剂可用于吸附溶液中重金属离子，吸附完成后可用磁铁分离。本发明专利技术具有制备工艺简单，吸附剂磁性能稳定且环保、吸附容量大、平衡时间短且适用环境广等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多孔材料和重金属回收和处理领域，尤其涉及一种磁性多孔吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
重金属污染广泛存在于各种工业废水中，对公共健康和生态环境造成了严重的危害。正因为如此，控制重金属污染受到了广泛的关注。现有的除去废水中的重金属的方法， 主要有化学沉淀或絮凝法、膜技术、电解还原、离子交换和吸附法。其中，吸附法以其吸附操作方便，吸附剂的种类多样、设计灵活、容易再生、高效且处理的废水适于回收利用而被广泛应用。由于磁性吸附剂可以在外部磁铁的作用下实现与液相的快速分离，可避免离心或者过滤分离操作带来的不便，因而在重金属废水污染处理领域获得了极大的关注。赋予吸附剂以磁性和多孔性可提高吸附剂的吸附性能，多孔的存在增大了吸附剂的比表面积， 减小了溶质的扩散阻力，利于快速达到吸附平衡。同时，通过表面修饰使吸附剂带上氨基、 羧基、羟基、巯基等功能性基团来螯合或者络合重金属离子也是提高吸附性能的一个重要途径。聚乙烯亚胺(PEI)是一种水溶性高分子聚合物，其分子链上拥有大量的胺基N原子，对重金属具有很强的螯合能力。这种特性已引起了国内外学者的广泛关注，并已将其应用于众多研究领域。在实际的吸附应用中，由于聚乙烯亚胺的水溶性的特点，需要通过选用合适的载体将水溶性聚乙烯亚胺固定，保证其吸附废水中重金属离子的可操作性。载体的性能直接关系到吸附剂的应用效果。磁性能利于吸附剂高效低成本的分离，而多孔性的结构利于吸附剂和被吸附物的快速接触缩短吸附平衡所需要的时间，同时可以提高吸附剂的比表面积，利于提高吸附剂的吸附容量。因此将磁性多孔基质与功能性聚合物相结合，对发展高性能吸附剂具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种磁性能稳定、适用环境广的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂；一种工艺简单且适于大规模生产的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂的制备方法；以及一种吸附容量大、吸附效率高、吸附平衡时间短的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂吸附溶液中重金属离子的应用方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案一种聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂，其特征在于，所述磁性多孔吸附剂包括磁性多孔复合物，所述磁性多孔复合物主要由四氧化三铁和Y -三氧化二铁组成，所述磁性多孔复合物表面生成有硅羟基，所述硅羟基上连接有Y-氯丙基三甲氧基硅烷，所述 Y-氯丙基三甲氧基硅烷上接枝有聚乙烯亚胺。上述的所述磁性多孔复合物的孔径为500nm 800nm。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂的制备方法，包括以下步骤将磁性成分为四氧化三铁和Y-三氧化二铁的混合物的磁性多孔复合物置于 70°C 90°C的 2%的甲磺酸溶液或者2 0Z0 5%的盐酸中进行活化，使所述磁性多孔复合物表面生成硅羟基，用Y -氯丙基三甲氧基硅烷偶联剂交联所述磁性多孔复合物，然后将磁性多孔复合物加入到聚乙烯亚胺溶液中，将聚乙烯亚胺共价嫁接到磁性多孔复合物表面，得到所述聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂。上述的制备方法中，活化前的磁性多孔复合物优选通过以下步骤制备得到(1)材料准备准备尿素，制备磁性纳米四氧化三铁悬浮液，并配制二氧化硅溶胶和甲醛溶液；(2)制备磁性多孔复合物将尿素溶解到二氧化硅溶胶中，加入磁性纳米四氧化三铁悬浮液，调节PH值到酸性，机械搅拌条件下，加入甲醛溶液，充分反应后，将生成的磁性聚合物经过分离清洗和干燥后，置于250°C 300°C条件下煅烧池 4h，得到所述磁性多孔复合物。经高温煅烧处理后，去除了磁性聚合物中的脲醛树脂，灰白色的粉末变成了红褐色。部分四氧化三铁在高温下转变成了 Y-三氧化二铁，煅烧处理不仅形成了多孔结构，生成的Y-三氧化二铁同样具有磁性，并能阻止四氧化三铁的进一步氧化，提高了材料的稳定性。上述的制备方法中，所述磁性纳米四氧化三铁和二氧化硅的质量比优选为 1 (2. 5 3. 5)，所述甲醛和尿素的质量比优选为1 (2. 3 2. 5)。上述的制备方法中，所述聚乙烯亚胺的分子量优选为10000或20000。以及一种上述的磁性多孔吸附剂或者上述制备方法制得的磁性多孔吸附剂吸附溶液中重金属离子的应用方法，包括以下步骤将所述聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂加入到含重金属离子的溶液中，所述磁性多孔吸附剂的添加量为2g/L 3g/L，调节pH值到6. 5 7. 5，震荡吸附至少5min，用磁铁将所述吸附了重金属离子的磁性多孔吸附剂与溶液分离，完成吸附。上述的应用方法中，所述含重金属离子的溶液中的重金属离子的浓度优选为 50mg/L 500mg/Lo上述的应用方法中，将所述吸附了重金属离子的磁性多孔吸附剂加入到乙二胺四乙酸二钠溶液中，添加量为lg/L 3. 5g/L，震荡解吸IOmin 20min后，再用磁铁将所述磁性多孔吸附剂从溶液中分离出来，清洗至中性，完成磁性多孔吸附剂的再生。上述的应用方法中，所述乙二胺四乙酸二钠溶液的浓度优选为0.02mol/L 0.04mol/L。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1、本专利技术的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂，具有顺磁性，在外部磁场的作用下，容易从液相中快速分离，且在强酸和强碱条件下，磁性能稳定，适用环境广；2、本专利技术的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂的制备方法，工艺简单且适于大规模生产；3、本专利技术的的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂吸附溶液中重金属离子的应用方法，吸附容量大、吸附效率高、吸附平衡时间短，吸附剂环保并能多次再生，能广泛应用于重金属废水的处理。附图说明图1是本专利技术的磁性多孔复合物的扫描电镜图；图2是本专利技术的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂的扫描电镜图；图3是本专利技术的脲醛树脂包被的磁性复合物、磁性多孔复合物和聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂的光谱示意图；图4是本专利技术的磁性多孔吸附剂的去除率随PH值变化的关系示意图；图5是本专利技术的磁性多孔吸附剂的吸附量随吸附时间变化的关系示意图；图6是本专利技术的磁性多孔吸附剂的吸附量与溶液中重金属离子的初始浓度的关系示意图；图7是本专利技术的吸附了重金属离子的磁性多孔吸附剂的再生利用效果图。 具体实施例方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1 如图1、图2所示，一种本专利技术的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂，包括磁性多孔复合物，磁性多孔复合物主要由四氧化三铁和Y -三氧化二铁组成，磁性多孔复合物表面生成有硅羟基，硅羟基上连接有Y-氯丙基三甲氧基硅烷，Y-氯丙基三甲氧基硅烷上接枝有聚乙烯亚胺。该聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂，是通过以下步骤制备得到的(1)材料准备a.准备40g尿素和55mL质量分数为36%的甲醛溶液；b.采用化学共沉淀法制备磁性纳米四氧化三铁配制250mL含0. 2mol 二氯化亚铁和0. 4mol三氯化铁的混合溶液，然后充15min氮气，在60°C水浴和强烈的机械搅拌下， 加入6mol/L的氨水溶液，调节pH值在11附近，反应40min后得到磁性纳米颗粒，磁性分离收集磁性纳米颗粒并反复清洗，得到纳米四氧化三铁；c.配制二氧化硅溶胶首先将正硅酸乙酯和乙醇混合15min，然后在强烈的磁性搅拌下逐滴加入硝酸和水的混合液，70°C回流池，得到质量分数为10. 5%的二氧本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂，其特征在于，所述磁性多孔吸附剂包括磁性多孔复合物，所述磁性多孔复合物主要由四氧化三铁和γ－三氧化二铁组成，所述磁性多孔复合物表面生成有硅羟基，所述硅羟基上连接有γ－氯丙基三甲氧基硅烷，所述γ－氯丙基三甲氧基硅烷上接枝有聚乙烯亚胺。
【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂，其特征在于，所述磁性多孔吸附剂包括磁性多孔复合物，所述磁性多孔复合物主要由四氧化三铁和Y -三氧化二铁组成，所述磁性多孔复合物表面生成有硅羟基，所述硅羟基上连接有Y-氯丙基三甲氧基硅烷，所述Y-氯丙基三甲氧基硅烷上接枝有聚乙烯亚胺。2.根据权利要求1所述的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂，其特征在于，所述磁性多孔复合物的孔径为500nm 800nm。3.—种聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂的制备方法，包括以下步骤将磁性成分为四氧化三铁和Y-三氧化二铁的混合物的磁性多孔复合物置于70°C 90°C的 2%的甲磺酸溶液或者2 0Z0 5%的盐酸中进行活化，使所述磁性多孔复合物表面生成硅羟基，用Y -氯丙基三甲氧基硅烷偶联剂交联所述磁性多孔复合物，然后将磁性多孔复合物加入到聚乙烯亚胺溶液中，将聚乙烯亚胺共价嫁接到磁性多孔复合物表面， 得到所述聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂。4.根据权利要求3所述的聚乙烯亚胺修饰的磁性多孔吸附剂的制备方法，其特征在于，所述活化前的磁性多孔复合物具体通过以下步骤制备得到(1)材料准备准备尿素，制备磁性纳米四氧化三铁悬浮液，并配制二氧化硅溶胶和甲醛溶液；(2)制备磁性多孔复合物将尿素溶解到二氧化硅溶胶中，加入磁性纳米四氧化三铁悬浮液，调节PH值到酸性，机械搅拌条件下，加入甲醛溶液，充分反应后，将生成的磁性聚合物经过分离清洗和干燥后，置于250°C 300°C条件下煅烧池 4h，得到所述磁性多孔复合物。5.根据权利要求4所述的聚乙烯亚胺修...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾光明，庞娅，汤琳，章毅，雷晓霞，刘媛媛，李贞，张涵瑜，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43
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