[发明专利]一种球形水处理剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种壳聚糖-海藻酸钠-氧化硅复合型气凝胶小球的制备技术。

背景技术

近年来，有机-无机杂化材料因其优异的性能和多功能性受到了较大的关注。

氧化硅气凝胶是一种由纳米粒子相互聚成的多孔结构的固态材料，其较高的比表面积、高的孔隙率使得气凝胶在水处理领域有广泛的应用前景。气凝胶材料难以成型，只能获得大小不一的块状或粉末状固态材料，造成实际应用填充不均匀或回收困难等问题。若将氧化硅气凝胶宏观结构制成球形，将大大拓展其应用范围和效率。

壳聚糖是一种天然有机高分子多糖，具有复杂的双螺旋结构，其大分子键上分布着许多活性功能基团。壳聚糖通过氢键或盐键形成具有类似网络结构的笼型分子，其分子中的氨基能够结合溶液中的氢离子，表现出阳离子型吸附剂的性质。海藻酸钠是一种天然褐藻中提取的聚阴离子多糖的钠盐，因其具有无毒性，生物粘附性，生物相容性和生物降解性以及凝胶特性，被广泛的用于水处理等领域。

发明内容

本发明的目的是提出一种能克服单纯有机物高聚物强度较关的缺陷、提高气凝胶小球韧性的球形水处理剂制备方法。

本发明包括以下步骤：

1）将壳聚糖、氯化钙与冰醋酸水溶液混合，形成第一混合体系；

2）将海藻酸钠和氢氧化钠混合，形成第二混合体系；

3）将第一混合体系滴加于第二混合体系中，即得壳聚糖-海藻酸钠复合小球；

4）将壳聚糖-海藻酸钠复合小球先水洗后，再经醇洗、再依次经正硅酸四乙酯的乙醇溶液浸泡反应、正己烷浸泡、干燥，即得球形水处理剂。

本发明以壳聚糖、海藻酸钠为原料，通过锐孔-凝固浴法，常压制备出壳聚糖-海藻酸钠-氧化硅复合型气凝胶小球。本发明将易成型的高聚物通过SiO₂进行结构巩固复合获得杂化气凝胶小球，一方面，解决了单纯有机物高聚物强度欠缺的问题，另一方面，将无定形的氧化硅成型，并提高了其韧性。此外，在水处理方面，气凝胶小球能够快速对水中的有机染料、重金属、有机物进行吸附，有着吸附速率高、处理能力强、吸附容量大等优点。

本发明具有以下优点：

1.本发明的工艺简单、成本低廉、操作简便、适合工业化生产。

2.本发明方法制成的处理剂能够快速对水中的有机染料、重金属、有机物进行吸附，具有着吸附速率高、处理能力强、吸附容量大等优点。

另外，如壳聚糖分子量太小，制备的溶液的粘度不够大，不利于形成球形，因此本发明优选的壳聚糖的分子量大于2×10⁶，脱乙酰度大于90%。

为了形成小球，步骤3）中，氯化钙与海藻酸钠的投料质量比为1︰0.5～0.67；壳聚糖与氢氧化钠的投料质量比1︰1～4。

水洗次数为3～4次，每次2 h～3h，洗涤用去离子水的温度为30～60℃。其目的是洗涤小球中的NaOH、和多余的CaCl₂等。

醇洗是将壳聚糖-海藻酸钠复合小球置于无水乙醇浸泡3～4次，每次2～3h，目的是将水洗后的水替换为乙醇，便于结构巩固。正硅酸四乙酯的乙醇溶液浸泡反应的温度为30～60℃，反应时间为12～48h。以巩固结构，增强骨架强度，将SiO₂进行复合。

正己烷浸泡为：在30～45℃的正己烷中浸泡3～5次，每次3～4h。可交换出未反应的正硅酸乙酯和乙醇，降低常压干燥时的表面张力，使吸附剂保持良好的多孔结构。

由于干燥温度过高会造成有机物低温炭化或消除，达不到很好的吸附能力，所以本发明于10～40℃环境温度下干燥，采用降低干燥速度的方式，以防止结构坍塌。

另外，由于其它的孔径在制备过程中不利于成型小球，或者颗粒过小，不便于利用。所以本发明滴加第一混合体系用的针头孔直径优选0.7mm。

    附图说明

图1为实施例1所制备壳聚糖-海藻酸钠-氧化硅复合型气凝胶小球的数码照片。

图2、3分别为实施例1所制备壳聚糖-海藻酸钠-氧化硅复合型气凝胶小球的透射电镜照片。

图4、5分别为实施例1所制备壳聚糖-海藻酸钠-氧化硅复合型气凝胶小球的扫描电镜照片。

图6为实施例1所制备壳聚糖-海藻酸钠-氧化硅复合型气凝胶小球的能谱图。

图7为实施例1所制备壳聚糖-海藻酸钠-氧化硅复合型气凝胶小球对罗丹明B的吸附的吸附穿透曲线。

具体实施方式

实施例1