[发明专利]一种新型磁性吸附剂快速去除铜离子的方法

说明书

技术领域

本发明属水处理技术领域，特别是涉及一种新型磁性吸附剂快速高效去除废水中金属铜离子的方法。

背景技术

铜是一种有价金属，在周期系中是第一副族元素，其应用范围很广。在生活中也具有极其重要的作用，天然水中含铜极少，水中的铜主要是由工业废水的污染造成的，主要来自电镀、冶炼、五金、化工、矿山开采等部门。

水体中的铜元素不仅不能被微生物分解，相反，生物体可使其富集，并把它转化为毒性更大的重金属有机化合物。铜对水体的自净作用有严重的影响。在复杂的水体环境中，铜若进入水体，极易造成水系污染。例如，当水体被含铜废水污染超过1.0mg/L时可使白色织物着色，超过1.5mg/L水有异味。同时较高浓度的铜对生物体同样具有毒性，其影响随有机体种类不同有较大的差异。海草及软体动物对铜特别敏感，它们的安全浓度小于10μg/L。由于铜与人体中某些组织的亲和力特别大，结合后会抑制酶的活性，因而对人体毒害作用也不容忽视。成人每日需铜约2～3mg，但当摄入铜量超过100mg/每天时，就会因过量的铜刺激消化系统，引起腹痛、呕吐，如若长期过量可造成肝硬化。此外，铜也是很重要的有价金属，流失与污水中也是一种资源浪费。因此，为了减少水污染，保护生态环境，检测和去除废水中污染的铜离子，以及回收有价金属就显得十分重要。

目前含铜废水工业处理的方法主要有化学混凝沉淀法、离子交换法、电解法、反渗透法、电渗析法等，然而这些方法都存在如成本高，去除率低、操作繁琐、耗能大等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型磁性吸附剂快速去除铜离子的方法，该方法简单，操作方便，容易规模化运用，并能获得较高的经济效益。

本发明的一种新型磁性吸附剂快速去除铜离子的方法，包括：

(1)用质量分数16％的壳聚糖溶液包裹Fe₃O₄磁性粉末制备磁性纳米微粒；

(2)用pH＝5.6的醋酸缓冲溶液将磁性纳米微粒溶胀，进行表面化学修饰制得含有能螯合金属铜离子活性基团的新型磁性吸附剂；

(3)在22℃，100rpm，pH为2.0～8.0时，将10-120mg磁性纳米吸附剂与10ml浓度为40～800ppm的铜离子溶液进行吸附反应0～4h，再用20ml 100mmol/L洗脱剂进行洗脱，获得再生的磁性纳米吸附剂；

(4)通过调控吸附条件，优化磁性纳米吸附剂的吸附条件。

所述步骤(1)中的磁性纳米微粒具有生物活性，其直径分布在20-40nm左右，壳聚糖用25wt.％的醋酸溶液溶解。

所述步骤(2)中的表面修饰剂为α-酮戊二酸。

所述步骤(2)中的表面化学修饰是α-酮戊二酸与磁性纳米微粒表面包裹的壳聚糖进行的反应。

所述步骤(3)中含有铜离子的溶液为硫酸铜溶液。

所述步骤(3)中的洗脱剂为乙二胺四乙酸二钠或柠檬酸。

所述步骤(3)中的洗脱是将50mg磁性吸附剂加入到乙二胺四乙酸二钠或柠檬酸溶液中，反应10min，再于外加磁场的作用下与反应液分离。

所述步骤(4)中优化的最佳吸附条件为：硫酸铜溶液的浓度为200ppm，磁性纳米吸附剂的用量为50mg，反应pH值在6.0，反应时间为2h，α-酮戊二酸和壳聚糖包裹的磁性纳米粒子的比率为50∶1mg/ml。

有益效果

1)本发明磁性纳米吸附剂具有快速、高吸附性能力和再生能力强等特点；

2)本发明产品易从废水处理体系中分离，可回收重复使用，有提高吸附剂的利用率和降低生产成本等优点；

3)本发明操作简便，设备简单，反应温和耗时短，允许快速的加料和简便快捷的洗脱，极大提高了生产效率；

4)与现有技术相比，本发明制备的磁性纳米吸附剂，更易于大规模生产使用，并规模化检测和去除废水中的金属铜离子。

附图说明

图1为不同浓度硫酸铜溶液的Cu²⁺吸附曲线；

图2为不同磁性纳米吸附剂量的Cu²⁺吸附曲线；

图3为随pH值变化的Cu²⁺吸附曲线；

图4为随反应时间变化的Cu²⁺吸附曲线；

图5为随修饰剂与壳聚糖包裹的磁性颗粒比率变化的Cu²⁺吸附曲线。

具体实施方式