多功能复合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多功能复合吸附剂，其是以交联壳聚糖为基体，交联壳聚糖是由重金属离子印迹壳聚糖经交联剂交联后形成，交联壳聚糖基体中填充有纳米Fe3O4和纳米TiO2，多功能复合吸附剂的表面经硫脲改性形成有大量的自由氨基。本发明专利技术开相应公开了该多功能复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：首先进行光催化负载，然后进行重金属离子印迹，使金属印迹离子与其中的壳聚糖充分反应形成配合物，再添加交联剂进行交联反应；再加入环氧氯丙烷和含硫脲的丙酮溶液进行改性接枝，最后进行振荡解吸，用碱性溶液再生，制得多功能复合吸附剂。利用本发明专利技术的多功能复合吸附剂可以选择性分离重金属和/或降解有机污染物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及废水处理领域，具体涉及一种多功能复合吸附剂，以及该吸附剂的制备方法和该吸附剂在处理废水中的应用。
技术介绍
目前，环境中重金属和有机污染物复合污染的危害已经成为一个全球性的问题。 这些来自电镀、冶金、染料、电池生产、制革、影片制造及汽车制造等行业的重金属和有毒有机污染物复合污染的废水，由于其高毒性和在自然环境中的持续性，对人和动植物的生长发育具有严重危害。重金属以及与其共存的有机污染物通常会污染湖泊、地下水、河流和土壤等；此外，重金属与有机污染物所形成的复合污染体系的毒性通常比它们各自单独存在时的毒性高出好几倍。这些废水在排入接纳水体之前，必须经过处理使其浓度降低至一个可以接受的水平。因此，如何同时去除废水中的重金属和有机污染物在废水处理过程中显得格外重要。一些传统的方法，例如离子交换法、化学沉淀法及活性炭吸附法等已经被广泛研究并应用于工业规模来去除这两类污染物质，但传统的方法有诸多缺点，例如离子交换法是一种高效的处理方法，但其在去除重金属时需要交换钙、镁离子，因此其达到最大交换容量的速度越快，膜的解析和再生就越频繁；活性炭吸附法对有机成分有很大的吸附容量，但其在常规条件下很难解析和再生。目前在实际运用中采用最多的是吸附法，吸附法因其材料便宜易得、成本低等优点而一直受到人们的青睐，被认为是一种很有前途的废水处理方法。然而目前废水中污染组分的多样性及复杂性日益增强，单一功能的吸附剂已经不能满足吸附法处理废水的需求，将两种或多种功能材料复合，使其功能互补，改进优化，研制出一种对废水中多种污染组分有特定选择性去除能力的多功能吸附剂，是当前吸附法处理废水的一个重要研究方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题针对现有技术存在的问题，提供一种应用范围广、吸附容量高、易于分离回收、能同时处理废水中的重金属和降解有机污染物的多功能复合吸附剂，相应提供一种制作简单、成本低廉的该多功能复合吸附剂的制备方法，以及该多功能复合吸附剂的应用。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案一种多功能复合吸附剂，所述多功能复合吸附剂是以交联壳聚糖为基体，所述交联壳聚糖是由重金属离子印迹壳聚糖经交联剂交联后形成，所述交联壳聚糖基体中填充有纳米!^e3O4和纳米TiO2,所述多功能复合吸附剂的表面经硫脲改性形成有大量的自由氨基。上述的吸附剂中，所述重金属离子可以是铜离子、锌离子、铅离子、镉离子、镍离子、银离子、锰离子、铀离子、铬离子或汞离子中的至少一种，优选为铜离子、锌离子、铅离子、镉离子或银离子。重金属离子的主要作用包括保护自由功能基团不在交联反应阶段丧失，以提高吸附性能；其二，制备得到的的吸附剂对该印迹离子有较强的选择性去除能力。上述的吸附剂中，所述交联剂优选为戊二醛、环氧氯丙烷、乙醛或甲醛。作为一个总的专利技术构思，本专利技术提供一种上述多功能复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤(1)光催化负载将壳聚糖粉末加入到乙酸溶液中，分散溶解，同时加入纳米TiO2 粉末和纳米!^e3O4粉末，搅拌均勻形成混合液；所述的壳聚糖、纳米TiA和纳米Fe3O4的质量比控制在 5 (0. 5 2. 0) (1. 0 2. 5)；(2)离子印迹向所述混合液中添加重金属离子溶液，使所述重金属离子与混合液中壳聚糖的质量比满足(1 10) 100，在50°C 80°C的水浴中搅拌，使重金属离子与其中的壳聚糖充分反应，形成配合物；所述重金属离子溶液可以为铜盐溶液、锌盐溶液、铅盐溶液、镉盐溶液、镍盐溶液、银盐溶液、锰盐溶液、铀盐溶液、铬盐溶液或汞盐溶液，优选为硫酸铜溶液、硫酸锌溶液、硝酸铅溶液、硝酸镉溶液或硝酸银溶液；(3)交联向含有所述配合物的混合液中加入交联剂溶液，搅拌至溶胶析出，捣碎溶胶，调节混合液的pH值为8 10，在50°C 80°C的水浴中充分搅拌直至反应完全；所述交联剂溶液可以为环氧氯丙烷、乙醛，甲醛或戊二醛，但优选为质量浓度为50%的戊二醛溶液，所述戊二醛溶液按每克壳聚糖添加0. 2ml 0. 4ml计；(4)改性接枝往上述交联后的反应液中加入环氧氯丙烷和含硫脲的丙酮溶液， 在50°C 80°C的水浴中继续搅拌直至反应完全；所述环氧氯丙烷的添加量按每克壳聚糖添加0. 6ml 1. 2ml计，所述硫脲的添加量为壳聚糖质量的1. 6 2. 0倍；(5)解吸再生对上述改性接枝后得到的反应产物进行清洗，再进行振荡解吸，然后用碱性溶液再生，最后经后续处理制得多功能复合吸附剂；所述振荡解吸用的解吸剂优选为盐酸、硝酸或质量分数为0. 05% 0. 的乙二胺四乙酸；所述的后续处理一般是指用丙酮浸泡解吸，再用乙醇及水清洗，干燥，磨碎过目筛。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供上述吸附剂或上述制备方法制得的吸附剂的应用，利用所述吸附剂选择性分离重金属和/或降解有机污染物。上述的应用中，利用所述吸附剂净化处理含重金属镉和2，4_ 二氯酚的复合废水， 包括以下步骤将所述多功能复合吸附剂添加到含重金属镉和2，4_ 二氯酚的复合废水中， 所述复合废水中镉的初始浓度控制在250mg/L以下，2，4- 二氯酚的初始浓度控制在20mg/ L以下，每升复合废水中所述多功能复合吸附剂的添加量为0. 05g 1. 0g，调节所述复合废水的PH值至6 8，常温下振荡处理池以上，完成对复合废水的净化处理。上述的应用中，进一步地，所述复合废水中，镉的初始浓度优选为100mg/L 250mg/L，2，4-二氯酚的初始浓度优选为10mg/L 20mg/L ；所述振荡处理的时间优选为 3h 6h，振荡处理时的转速为100r/min 150r/min。当镉的初始浓度为100mg/L 250mg/ L时，本专利技术的吸附剂能表现出较好的吸附能力。壳聚糖是一种生物高分子吸附材料，对人体和生物无毒，可生物降解，为甲壳素的脱乙酰产物，含有大量的活性羟基、氨基对重金属离子具有很强的选择性吸附能力。但由于其在酸溶液中容易溶胀流失、难于重复使用及回收重金属离子，因而通常以其交联后的衍生物作为吸附剂。交联反应过程中，壳聚糖表面大量的活性羟基和氨基参与反应，导致活性位点的大量减少，从而也降低了壳聚糖的吸附能力。在交联反应前，将壳聚糖跟重金属印迹离子反应形成配合物，保护活性位点，经交联并脱出金属离子“模板”，该种吸附剂对“模板” 具有较高的吸附容量。壳聚糖与金属离子形成的配合物中，在配位键作用下氨基或羟基和重金属离子之间的距离较大，氨基或羟基具有反应活性，能与之后加入的交联剂反应。因此，重金属离子预配位虽然能在一定程度上提高吸附剂的吸附容量，但是效果还是不能令人满意。上述各种方法制备的壳聚糖及其衍生物吸附剂，主要用于处理重金属废水，其对有机污染物的去除效果不甚明显。纳米TW2是一种光催化材料，利用TiA光催化反应产生的具有强氧化性的活性自由基(· 0H、· O2)，可以将废水中低浓度的有机污染物如卤代脂肪烃、芳香胺、酚类等氧化分解，最终转化成二氧化碳和水等无机小分子；同时能杀灭废水中大肠杆菌、细菌、真菌、藻类等大量微生物，但是TiO2在使用过程中易流失、回收困难。此外，作为废水处理的吸附材料通常要求以球形减少水的流动阻力，提高水流流动速度，并要求颗粒微小以增大表面积，提高与废水接触的表面积，获得本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种多功能复合吸附剂，其特征在于，所述多功能复合吸附剂是以交联壳聚糖为基体，所述交联壳聚糖是由重金属离子印迹壳聚糖经交联剂交联后形成，所述交联壳聚糖基体中填充有纳米Ｆｅ３Ｏ４和纳米ＴｉＯ２，所述多功能复合吸附剂的表面经硫脲改性形成有大量的自由氨基。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈安伟，曾光明，陈桂秋，胡新将，官嵩，尚翠，邹正军，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43