亚胺基化的磁性纳米吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种亚胺基化的磁性纳米吸附剂，该吸附剂由磁性纳米粒子与聚乙烯亚胺共价交联而成，磁性纳米粒子主要由纳米四氧化三铁组成，磁性纳米粒子的表面包覆有一层γ–Fe2O3颗粒；本发明专利技术相应公开了一种该吸附剂的制备方法，包括制备磁性纳米粒子和共价交联工艺步骤；本发明专利技术还相应公开了该吸附剂在处理重金属废水中的应用；本发明专利技术的吸附剂性能稳定，容易从液相中快速分离，且在强酸和强碱下磁性能稳定，适宜各种操作环境，此外吸附剂可以通过简单的酸或者碱处理而再生；该吸附剂的制备方法，工艺简单，成本低廉；该吸附剂在处理重金属废水中的应用中，可以实现对锌和铅几乎达100%的选择性吸附。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及重金属废水处理领域，尤其涉及一种亚胺基化的磁性纳米吸附剂及其制备方法和该吸附剂在处理重金属废水中的应用。
技术介绍
水体重金属污染对公共健康和生态环境造成了严重的危害。工业废水是重金属污染的主要来源，通常废水中包含了多种有害重金属。比如，再选矿业中，铅和锌几乎同时存在，因而它们具有相似的地球化学行为。另外在化工、电镀、燃料制造等行业也可能产生同时含有铅和锌的废水。从健康和经济的角度出发，选择性地除去、回收和再利用某种重金属是非常必要的。作为修复重金属污染的方法之一，吸附法以其操作方便、吸附剂的种类多样、设计灵活、容易再生、且处理的废水适于回用等优势而成为一个应用广泛且高效的处理方法。目前，选择性吸附某一重金属引起了广泛的研究兴趣。基于分子印迹技术的金属印迹聚合物的合成可以选择性地吸附特定的重金属。胺基、亚胺基以及巯基功能化的介孔吸附剂也可以通过与某一金属的特异性结合来选择性地吸附重金属。虽然在选择性吸附重金属的研究与应用方面取得了一定的效果，但具有选择性能的吸附剂和吸附剂的合成方法还远不够完善，吸附剂的吸附率不高，重复利用率低，选择吸附的重金属回收困难，而且操作复杂。
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的不足，提供一种高吸附率、化学性质稳定且可重复利用的亚胺基化的磁性纳米吸附剂，并相应提供一种该吸附剂的制备方法，以及还相应提供一种该吸附剂在处理重金属废水中的应用。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案一种亚胺基化的磁性纳米吸附剂，所述吸附剂由磁性纳米粒子与聚乙烯亚胺共价交联而成，所述磁性纳米粒子主要由纳米四氧化三铁组成，所述磁性纳米粒子的表面包覆有一层Y -Fe2O3颗粒。所述吸附剂中，优选地，所述磁性纳米吸附剂的粒径约为60nm。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还相应提供一种上述磁性纳米吸附剂的制备方法，包括以下步骤(1)制备磁性纳米粒子先合成纳米四氧化三铁，再将四氧化三铁在300°C 350°C下煅烧60min 80min，得到表面包覆有一层、-Fe2O3颗粒的磁性纳米粒子(煅烧处理中生成的Y -!^e2O3具有磁性，但是其抗酸性和抗氧化性能强于四氧化三铁，能阻止四氧化三铁的进一步氧化，提高了纳米材料的化学稳定性)；合成四氧化三铁可优选由二氯化亚铁和三氯化铁混合溶液同氨水反应制得；(2)共价交联将所述磁性纳米粒子加入到月桂酸钠溶液中活化，经清洗分离，再转移到聚乙烯亚胺溶液中进行机械搅拌反应，反应完成后得到亚胺基化的磁性纳米吸附剂；优选的，月桂酸钠溶液的浓度为lmol/L 2mol/L，pH值为9 11，活化时间为120min 150min,活化温度为60°C 80°C ；聚乙烯亚胺溶液的体积浓度优选为5% 8%，可以利用体积浓度为50%的甲醇或者乙醇溶液溶解聚乙烯亚胺，从而得到体积浓度为5% 8%的聚乙烯亚胺溶液，机械搅拌反应温度优选为60°C 80°C，机械搅拌反应时间优选为90min 120mino作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供上述的磁性纳米吸附剂或上述的制备方法制得的磁性纳米吸附剂在吸附重金属中的应用。一种上述的磁性纳米吸附剂或上述的制备方法制得的磁性纳米吸附剂在铅锌二元金属溶液中同时吸附锌和铅的应用，包括以下步骤往铅锌二元金属溶液中加入乙二胺四乙酸二钠(EDTA)，使混合溶液中的EDTA与铅锌金属离子的摩尔浓度比为(0 0.5) 1， 再调节混合溶液的pH值为6 7，然后加入所述吸附剂，使其在混合溶液中的浓度控制在0.8g/L 2g/L,反应 240min 300min,完成吸附。一种上述的磁性纳米吸附剂或上述的制备方法制得的磁性纳米吸附剂在铅锌二元金属溶液中选择吸附锌的应用，包括以下步骤往铅锌二元金属溶液中加入EDTA，使混合溶液中的EDTA与铅锌金属离子的摩尔浓度比为(0.6 1.0) 1，再调节混合溶液的pH 值为5. 5 7，然后加入所述吸附剂，使其在混合溶液中的浓度控制在0. 8g/L 2g/L，反应MOmin 300min，完成吸附。该吸附体系中，锌的存在形式90%以上为Si2+，而铅主要以 PbEDTA2-的形式存在。上述的应用中，进一步地，对上述完成吸附后吸附有锌的吸附剂以及锌进行回收处理，包括以下步骤将吸附有锌的吸附剂加入到浓度为0. 04mol/L 0. 07mol/L的盐酸溶液(选择性吸附锌符合典型的阳离子吸附类型，即随着溶液PH的升高，吸附容量增加，故选择盐酸作为再生溶液)中洗脱，所述的吸附有锌的吸附剂在每升盐酸溶液中的用量为Ig 1.5g，然后在室温下震荡60min 90min，磁性分离出吸附剂，经清洗至中性后，得到再生的吸附剂；将首次洗脱后得到的含锌的盐酸溶液反复用于吸附有锌的吸附剂的洗脱，直至洗脱效率小于90%，使锌得到富集。上述的应用中，进一步地，利用上述得到的再生的吸附剂吸附上述铅锌二元金属溶液中(锌已被选择性吸附)的铅，包括以下步骤调节锌已被选择性吸附的铅锌二元金属溶液的PH值为1. 5 3. 5，然后加入所述再生的吸附剂，使其在混合溶液中的浓度控制在0.8g/L 2g/L,反应 240min 300min,完成吸附。一种上述的磁性纳米吸附剂或上述的制备方法制得的磁性纳米吸附剂在铅锌二元金属溶液中选择吸附铅的应用，包括以下步骤往铅锌二元金属溶液中加入EDTA，使混合溶液中的EDTA与铅锌金属离子的摩尔浓度比为0.7 1，再调节混合溶液的pH值为1.5 3. 5，然后加入所述吸附剂，使其在混合溶液中的浓度控制在0. 8g/L 2g/L，反应 240min 300min，完成吸附。该吸附体系中，铅主要以带负电荷的I^bEDTA2—和I^bHEDTA—形式存在，锌的主要存在形式为&12+，该酸性PH溶液中，吸附剂的zeta电位> 10mV。上述的应用中，进一步地，对上述完成吸附后的吸附有铅的吸附剂以及铅进行回收处理，包括以下步骤将吸附有铅的吸附剂加入到0. 02mol/L 0. 05mo/L的氢氧化钠溶液(选择性吸附铅是在强酸性溶液中通过带负电荷的I^bEDTA2-和I^bHEDTA—与表面质子化的吸附剂之间相互作用而进行的，随着PH的升高，吸附容量下降，属于典型的配体吸附类型，故选用氢氧化钠作为再生溶液)中洗脱，所述的吸附有铅的吸附剂在每升氢氧化钠溶液中的用量为Ig 1. 5g，然后在室温下震荡60min 90min，磁性分离出吸附剂，经清洗至中性后，得到再生的吸附剂；将首次洗脱后得到的含铅的氢氧化钠溶液反复用于吸附有铅的吸附剂的洗脱，直至洗脱效率小于90%，使铅得到富集。上述的应用中，进一步地，利用上述得到的再生的吸附剂吸附上述铅锌二元金属溶液中(铅已被选择性吸附)的锌，包括以下步骤调节铅已被选择性吸附的铅锌二元金属溶液的PH值为5. 5 7，然后加入所述吸附剂，使其在混合溶液中的浓度控制在0. 8g/L 2g/L，反应MOmin 300min，完成吸附。上述的各种应用中，优选地，所述铅锌二元金属溶液中的锌和铅的摩尔浓度相等。与现有技术相比，本专利技术的优点为本专利技术的吸附剂性能稳定，容易从液相中快速分离，且在强酸和强碱下磁性能稳定，适宜各种操作环境，此外吸附剂可以通过简单的酸或者碱处本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种亚胺基化的磁性纳米吸附剂，其特征在于：所述吸附剂由磁性纳米粒子与聚乙烯亚胺共价交联而成，所述磁性纳米粒子主要由纳米四氧化三铁组成，所述磁性纳米粒子的表面包覆有一层γ–Ｆｅ２Ｏ３颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞娅，曾光明，汤琳，章毅，刘媛媛，李贞，黎媛萍，雷晓霞，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43