[发明专利]用于吸持铅离子的固载β‑环糊精的蛭石的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料的制备技术领域，特别是用于吸附水体中铅离子的蛭石的制备技术。

背景技术

材料对重金属的吸附效率取决于材料的吸附比表面积和材料表面与被吸附重金属之间的吸引能力。蛭石由2个硅氧四面体层间加1个八面体层组成，其晶层之间的巨大内表面可以容纳大量阳离子，具备吸附重金属污染物的良好条件。

环糊精（cyclodextrin）是一种无毒、绿色且可生物降解的环状低聚糖，具有亲水外缘和疏水空腔结构，能够与重金属等污染物形成“主-客体”包结络合物。但是环糊精具有较强的水溶性，无法在捕获重金属后与水体有效分离，限制了其在修复污染水体领域的应用。为此，许多研究者正尝试通过不同的固载方法，将环糊精固载在一些不溶性材料上形成新的环境修复材料，用以去除水体中的重金属离子。

发明内容

本发明目的是提出一种在吸附水体中重金属后能与水体有效分离的用于吸持铅离子的固载β-环糊精的蛭石的制备方法。

本发明技术方案包括以下步骤：

1）将40～60目的蛭石浸泡于无机酸溶液中12～24h后，以去离子水洗涤至中性，经抽滤，取固相烘干，得活化蛭石；

2）在磁力搅拌条件下，将β-环糊精、环氧氯丙烷和NaOH水溶液混合。在碱性条件下，环氧氯丙烷中含Cl^-基团的一侧开环，并与β-环糊精上的-OH作用，遵循双分子亲核取代反应(SN₂)机理，生成β-环糊精-环氧氯丙烷共聚体。反应6～12h后，再加入活化蛭石，β-环糊精-环氧氯丙烷共聚体中环氧氯丙烷含-CH₂的一侧开环，与活化蛭石上的 Si-OH发生反应，使 β-环糊精-环氧氯丙烷共聚体接枝到活化蛭石表面，达到了将β-环糊精接枝到蛭石上的目的。反应6～12h后抽滤，取固体物质烘干，得用于吸持铅离子的固载β-环糊精的蛭石。

本发明通过无机酸对蛭石进行活化，再利用交联剂环氧氯丙烷将β-环糊精接枝到天然蛭石上，将矿物的不溶性和大比表面的特点与环糊精对重金属的强捕获0 能力相结合，得到固载β-环糊精的蛭石，可用于吸持水体中重金属。该固载β-环糊精的蛭石与蛭石相比，虽然β-环糊精的固载率仅增加了1.5～8.0%，但固载β-环糊精的蛭石与蛭石相比，对水体中铅离子吸持量增加200.5～210.8%；由于β-环糊精是亲水物质，无法在捕获重金属后与水体有效分离，所以将其接枝在蛭石上，在吸附水体中重金属后能与水体有效分离，因此，该固载β-环糊精的蛭石在环境修复领域具有较大的应用价值。

本发明以蛭石和β-环糊精为主要原料，具有来源广泛、成本低廉、制备过程简单等优点，可有效的处理含高浓度铅离子的废水，并可回收吸附材料，避免造成二次污染。

进一步地，本发明所述步骤1中，所述无机酸溶液中无机酸的含量为1～3mol/L，所述蛭石与无机酸溶液中无机酸溶液的投料比为5～15g∶100mL。在该物料比条件下，蛭石能够充分与无机酸溶液充分反应。稀酸能够有效的溶解蛭石孔道中的杂质，扩大孔径，增大比表面积。使用浓度过高的酸时，会破坏蛭石的内部结构，反而减小比表面积。

无机酸溶液为盐酸、硫酸或硝酸中的至少任意一种和水的混合液。使用无机酸活化是为了去除附着在蛭石表面的细小杂质，使更多的孔隙结构表露，增加蛭石的比表面积。而使用不同的无机酸可以使蛭石表面负载Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-等不同离子，提高吸附速度和阳离子交换量，同时可以提高接枝β-环糊精量。

所述步骤1中，所述烘干的温度条件为60～120℃。该温度范围条件下，可以有效去除活化蛭石中的吸附水；温度过高可能会破坏蛭石自身的结构和内部的有机物和基团，影响β-环糊精的接枝。

为了保障投入的蛭石能够全部活化，所述步骤1中，所述蛭石与无机酸溶液中无机酸的投料比为5～15g∶100mL。在该投料比条件下，既能使蛭石与无机酸溶液充分的接触，也能减少酸溶液的使用量，降低成本。

为了保障β-环糊精能有效固载在活化蛭石上，本发明所述步骤2中，所述β-环糊精和活化蛭石的投料质量比为10∶1～5。在该投料比条件下，能够使活化蛭石尽可能多的接枝β-环糊精，提高吸附固持效率。