[发明专利]一种疏水性壳聚糖吸附剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及工业废水中重金属离子的吸附技术，具体来说是一种疏水性壳聚糖吸附剂及其制备方法以及在水处理中的应用。

背景技术

工业废水中常含有铬、镉、镍、铜、铅、锌等重金属离子。在水体中，由于重金属离子的难降解性和毒害性，对渔业和农业等产生严重影响，而且重金属离子还能在人体和生物体内积累，且无法被微生物降解，直接或间接地危害人体健康。

绝大多数重金属废水采用化学处理方法，包括中和凝聚沉淀法、硫化物沉淀法、活性炭吸附法等。

中和沉淀法是发展最早的处理重金属离子的方法之一。它通过加入石灰、苏打、氢氧化钠等碱性药剂，将废水的pH值调整至使重金属离子具有最小溶解度的范围，使其以氢氧化物或者碳酸盐的形式沉淀下来。对于废水中含有铝、锌等两性重金属离子时，中和沉淀法需要严格控制pH值，否则会使生成的金属氢氧化物沉淀在高pH的情况下再次溶解。

硫化物沉淀法是在废水中加入硫离子沉淀剂，使重金属以硫化物沉淀的形式分离出来。与中和沉淀法相比，此法的优点是：重金属硫化物的溶度积比氢氧化物的溶度积要小得多，而且反应的pH值在7-9之间，处理后的废水一般不需要再中和。但是，硫化物沉淀在形成过程中絮体较小，给分离带来困难。此外，金属硫化物沉淀遇酸会生成硫化氢气体，产生二次污染。

吸附法是利用多孔吸附材料吸附处理废水中重金属的一利方法，常用吸附剂是活性炭。活性炭具有良好的比表面积，有很强吸附能力，去除率高，但由于价格昂贵，重复利用率低，应用受到限制。

壳聚糖是一种天然高分子化合物，是地球上除蛋白质外，数量最大的含氮的天然有机物，属于碳水化合物中的多糖，是甲壳素脱乙酰的产物，其分子内含有氨基和羟基等多种活性官能团，使它具有较强的与金属离子配位的能力，能与Cu²⁺、Ni²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺等金属离子形成较稳定的螯合物。因此，壳聚糖可作为吸附剂处理废水中的重金属离子。但壳聚糖容易流失、机械强度低、不能再生等缺点限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的缺陷，提供一种疏水性壳聚糖吸附剂及其制备方法，该疏水性壳聚糖吸附剂在常温下能快速吸附废水中的Cu²⁺、Ni²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺等重金属离子，从而将重金属离子从水中去除。

为了解决上述问题，本发明通过交联作用将壳聚糖溶液与硅铝酸盐复合，利用壳聚糖溶于酸而不溶于碱的滴加成球法原理，使交联复合后的壳聚糖-硅铝酸盐混合物在氢氧化钠溶液中成球，制得疏水性壳聚糖吸附剂。该吸附剂在常温下能快速吸附废水中的Cu²⁺、Ni²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺等重金属离子，而且，该小球对多种重金属离子吸附后可以多次再生重复使用，且其吸附容量无明显衰减。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种疏水性壳聚糖吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)5～20g壳聚糖溶解于100～500mL体积浓度为3％～5％的醋酸溶液，加入5～20mL交联剂，高速搅拌，搅拌速度为700～900r·min^-1；

(2)搅拌均匀后向上述溶液中加入10～50g硅铝酸盐粉末和5～10mL质量浓度为100％的乙酸乙酯，继续高速搅拌制得均匀糊状物；

(3)将上述制得的糊状物滴加在100～200r·min^-1慢速搅拌的浓度为0.3～0.5mol·L^-1的1L氢氧化钠溶液中，置于氢氧化钠溶液中8～24h后，用蒸馏水洗涤至中性，把疏水性壳聚糖吸附剂泡在去离子水中，即可制得疏水性壳聚糖吸附剂。

上述制备方法所用交联剂为环氧氯丙烷。

上述制备方法所用硅铝酸盐是人造沸石。

上述方法制备的疏水性壳聚糖吸附剂的平均粒径为2～4mm，密度为1.02～1.22g·cm^-3，含水率为65～85％。

上述方法制备的疏水性壳聚糖吸附剂用于快速吸附废水中的重金属离子。