[发明专利]一种磁性壳聚糖/生物炭复合材料去除废水中五价砷的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体地说是采用一种磁性壳聚糖/生物炭 复合材料去除废水中五价砷的方法。

背景技术

砷的来源包括自然来源和人为活动，地热和地下水的自然活动是主要的自然来源；人为 活动，如采矿业、饲养业、护林业等会大量的排放砷污染物，从而给生态系统带来严重的影 响。人体一旦摄入足够量的含砷污染物会引发一系列的疾病，尤其是对肺部和泌尿系统的影 响。无机砷的主要存在形式是三价砷(AsO₃^3-)和五价砷(AsO₄^3-)。虽然五价砷相较于三价 砷毒性比较小，但是其在一般条件下非常稳定，很难去除，而且五价砷在一定条件下也易转 化为毒性更大的三价砷。因此，为了保护生态环境和人类身体健康，有效地去除水环境中的 五价砷也是非常必要的。目前，降解五价砷的主要方法有膜处理技术、离子交换法、氧化还 原法、絮凝法、吸附法等。同其他方法相比，由于吸附法的经济性、有效性和环保性而被广 泛应用。常用的吸附剂有活性炭、碳纤维材料、黏土矿物和一些氧化物等。在实际应用中， 由于材料的昂贵、吸附能力不足、不易分离而限制了很多吸附剂的应用，故制备一种能够解 决这些问题的吸附剂具有重大的现实意义。

生物炭作为一种天然材料，一直是水处理领域的研究热点，尤其是作为吸附材料的应用。 生物炭是运用生物质通过高温热解方法在缺氧或少氧条件下形成的一类含碳量较高的固体材 料，其表面疏松多孔、含有丰富的官能团，并因其价格低廉、来源广泛、环境相容且不会造 成二次污染而被广泛应用。但是由于其有限的吸附位点和在吸附后很难从废水中分离而限制 了其实际应用。壳聚糖是由几丁质脱乙酰化得到的天然高分子化合物，具有良好的可降解性 和环境相容性。壳聚糖分子中大量的羟基和氨基使其易于化学改性并具有较强的反应能力， 便于与五价砷离子发生螯合，从而达到去除五价砷的目的。而且，将磁流体与其相结合，并 通过戊二醛的交联作用，将带有磁流体的壳聚糖嫁接到生物炭基体上，使该复合材料具有较 强的吸附性能及分离能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附容量大、成本低、制备 简单且易分离的去除废水中五价砷的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种利用磁性壳聚糖/生物炭复合材料去 除废水中五价砷的方法，所述方法包括以下步骤：取一定量的含五价砷废水，将一定量的磁 性壳聚糖/生物炭复合材料添加到废水中，在水浴恒温振荡箱中吸附，反应完成后用磁铁将复 合材料从废水中分离，完成对废水中五价砷的去除。

上述技术方案中，所述磁性壳聚糖/生物炭复合材料由以下步骤制得：

(1)取0.4～0.6mol的FeCl₃·6H₂O与0.2～0.4mol的FeCl₂·4H₂O融入200～240mL超纯水 中，混合均匀，在50～60℃水浴条件下逐滴加入1mol/LNaOH溶液，直至pH为8.5～9.5，搅 拌10min后，并调节温度上升至60～70℃，再加入0.6～0.8mL吐温80，持续搅拌30～50min 后调节pH至中性，洗涤3～5次，并在30～50℃下超声分散40min，定容后，得到质量浓度为 30～40g/L的磁流体；

(2)取2～4g壳聚糖溶于体积百分数为1～2％的乙酸溶液中，配制成质量百分数为2～4％ 壳聚糖溶液。

(3)将水稻生物质在空气中自然干燥2～4天，然后在50～60℃条件下干燥48h，研磨， 过150目筛。把过好筛处理过的水稻生物质放入管式炉中，400～600℃，通N₂，烧1～2h，即 得到水稻生物炭。最后将所得生物炭研磨，再过150目筛；