[发明专利]硫化改性磁性壳聚糖的制备及其处理重金属废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种硫化改性磁性壳聚糖的制备及其处理重金属废水的方法。

背景技术

壳聚糖是性能优异的天然高分子材料之一，壳聚糖前体甲壳素广泛存在于虾蟹等甲壳类动物，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基化产物，分子链中含有活性基团-NH₂和-OH，具有良好的络合作用，能够络合水体中的重金属离子。

但是壳聚糖在实际应用中也存在着不足之处，污染物经吸附脱除后，很难有效快速地从水体中分离。近年来，磁分离技术已被应用到水处理行业中，它是借助磁场力的作用，对不同磁性物质进行分离的一种技术，具有处理量大、液固分离效率高且占地面积小等优点。壳聚糖本身不具有磁性，将壳聚糖与磁性物质Fe₃O₄有机结合，形成以磁性物质为核，壳聚糖为壳的所谓核壳结构，从而实现对材料的磁性化，进而采用磁分离技术达到快速分离的目的。

同时，为了提高磁性壳聚糖的吸附容量，可以在磁性壳聚糖的基础上引入新的官能团，对其进行改性。改性磁性壳聚糖不仅具有磁性壳聚糖的优点，同时还增加了磁性壳聚糖对重金属的吸附容量，因而受到越来越多的关注。此外，改性磁性壳聚糖在一定条件下还可再生并回收再利用，使得其在水处理行业中更具应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫化改性磁性壳聚糖的制备方法。

本发明的目的还在于提供一种利用硫化改性磁性壳聚糖处理重金属废水的方法。

一种硫化改性磁性壳聚糖的制备方法，按照如下步骤进行：

(1)将壳聚糖溶于乙酸溶液中，制成壳聚糖乙酸溶液，然后将三价铁盐和二价铁盐溶于壳聚糖乙酸溶液中，搅拌1-4h使其混合均匀，并放置0.3-2小时；

(2)将步骤(1)所得溶液用注射器缓慢滴入到质量分数为30％的NaOH溶液中，搅拌1-5h，使壳聚糖凝胶纳米微粒固化，形成磁性壳聚糖小球，用去离子水重复洗涤磁性壳聚糖小球，一直到洗液成中性为止；

(3)将洗至中性的磁性壳聚糖小球悬浮于戊二醛溶液中并缓慢搅拌12-36h，然后将交联磁性壳聚糖小球用去离子水洗至中性并在真空干燥箱中干燥，干燥后的交联磁性壳聚糖小球研磨至粉末，使其粒径小于84μm；

(4)将交联磁性壳聚糖粉末与14％的NaOH溶液及二硫化碳共混，在室温下搅拌反应12-36h，得到的产物用去离子水反复冲洗，并在真空干燥箱中干燥制得。

所加三价铁盐与二价铁盐的摩尔比为(1-4)∶1。

所述戊二醛溶液的摩尔分数为0.01-0.1M。

步骤(4)所加交联磁性壳聚糖粉末、14％的NaOH溶液与二硫化碳的比例为：(1-4)g∶(50-200)mL∶(0.2-2)mL。

一种利用硫化改性磁性壳聚糖处理含Cu²⁺废水的方法，将含Cu²⁺废水溶液放入容器中，加入硫化改性磁性壳聚糖，搅拌或振荡4-24h。

本发明的有益效果：本发明用二硫化碳对磁性壳聚糖进行硫化改性，改性后提高了对重金属离子的吸附容量；材料制备方法简单，整个反应过程在温和条件下即可完成，所用原料价廉易得，对外界环境条件无特殊要求，占用空间小；相对于重金属的现有处理技术，本发明所制备材料成本较低，且不存在二次污染，尤其在处理低浓度重金属离子溶液时，此种方法具有优势。

附图说明

图1为本发明实施例2中所制备的硫化改性磁性壳聚糖的SEM图。

图2为本发明实施例2中所制备的硫化改性磁性壳聚糖的EDS分析结果。

图3为本发明实施例2中硫化改性磁性壳聚糖及未改性磁性壳聚糖对Cu²⁺的等温吸附曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

实施例1

硫化改性磁性壳聚糖的制备方法，按照如下步骤进行：

(1)将2g壳聚糖溶于100mL乙酸溶液中，制成壳聚糖乙酸溶液，然后将2.7g Fecl₃。6H₂O和2.8g FeSO₄.7H₂O(摩尔比1∶1)溶于壳聚糖乙酸溶液中，搅拌1h使其混合均匀，并放置0.3小时；

(2)将步骤(1)所得溶液用注射器缓慢滴入到质量分数为30％的NaOH溶液中，搅拌1h，使壳聚糖凝胶纳米微粒固化，形成磁性壳聚糖小球，用去离子水重复洗涤磁性壳聚糖小球，一直到洗液成中性为止；