[发明专利]一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种壳聚糖‑金属氢氧化物复合材料，包括壳聚糖及负载于所述壳聚糖上的金属氢氧化物。本发明制备的用于自然水体修复治理的复合材料，吸附容量大，效果好，不会引起二次污染，是一种绿色、环保的复合材料。

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料、制备方法及应用。

背景技术

水是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的不可缺少的物质资源之一。随着工业的快速发展，人类对环境资源的开发利用日益频繁，全球自然水体环境污染情况不容乐观，河道作为一个联系陆地和湖泊或海洋的纽带，其环境问题也日益突出，河道环境问题主要体现在以下几个方面：(1)水土流失等造成河道堵塞淤积、防洪能力降低；(2)工业、农业及城乡生活污水的大量排放，造成水体氮磷含量明显升高，河道水体富营养化，致使水生植物和藻类大量繁殖，水质恶化；(3)由于胡乱采砂、垃圾废物胡乱堆弃等原因造成河流水流受阻，河流改道等；(4)由于人类建筑施工等过程的占用及建筑废料填埋河道，使得河流变窄，水容量降低。其中，水体富营养化污染，是一个世界性难题，它不仅严重破坏了水域生态景观和水体生态环境，降低了水体的使用功能，导致鱼类等生物大量中毒而死亡，造成水产养殖业损失等，而且富营养化的水臭味大、颜色深、细菌及亚硝酸盐、硝酸盐等污染物多，人畜食用后会引起多种传染病和寄生虫病，还诱发食道癌、胃癌等，严重危害人畜健康，已经成为亟待解决的重要环境问题，而磷又是诱发富营养化污染的主要因子。因此，有效地降低水体中磷的含量，是防止水体富营养化的重要途径，是河道修复治理中一项极其紧迫的任务。

鉴于河流对生态环境及人类生活的重要性，近年来人们逐渐认识到河道环境修复治理的重要性，在河道环境修复治理中做了大量研究。目前，已有很多技术应用于河道中磷的去除，如化学法、生物法及吸附法。

化学法除磷的基本原理是通过投加化学试剂，使之与水中磷酸根形成不溶性磷酸盐沉淀物，固液分离后将磷从自然水体中除去，使用的化学试剂一般为铁盐、铝盐、钙盐。利用化学法除磷，磷的去除率较高，处理效果稳定，但成本较高，产生的污泥量较大。

生物法除磷运行条件较为苛刻，受自然水体水质影响较大，产生的污泥较难处理，且对磷的脱除率不高。

吸附法除磷是利用某些多孔或大比表面积的物质对磷酸根的亲和力来实现的除磷工艺，因其具有经济、高效、易于操作和控制、无二次污染等优点而备受关注。吸附法的关键在于吸附剂的选择，目前常用的吸附剂主要包括天然材料及其改性物、工业废渣及其改性物、活性氧化铝及其改性物以及人工合成的吸附剂等。其中，天然材料、工业废渣因吸附容量小、容易产生二次污染等因素，应用受到限制；活性氧化铝是目前得到应用的除磷吸附剂，但其吸附容量不高，运行周期较短，吸附饱和后再生费用较高。因此，研发一种高效除磷吸附材料成为一种趋势。

壳聚糖(CTS)是自然界广泛存在的甲壳素脱乙酰得到的产物，是粉末吸附剂成型的良好粘结剂和骨架支撑材料，其分子中含有活泼的氨基和羟基，能够成为许多吸附质的吸附位点，具有良好的反应活性，且其前体来源广泛、无毒无害、易生物降解，具有很大的开发、利用价值。壳聚糖吸附重金属离子的能力已经得到肯定，但其对于以阴离子形式存在的磷酸根的吸附效果并不理想，同时，传统的壳聚糖一般为粉末状，固液分离困难，在酸性条件下易溶解，这些因素都限制了它的应用。

发明内容

本发明提供了一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料，包括壳聚糖及负载于所述壳聚糖上的金属氢氧化物。本发明利用壳聚糖对金属离子的吸附性能，在壳聚糖分子间原位生成金属氢氧化物，本发明所得到的复合材料能够有效的去除自然水体中的磷，降低水中的富营养化，起到治理修复自然水体的作用。所述自然水体包括但不限于河水、湖水及江水。

作为一种实施方式，所述复合材料的平均孔径为2.0～3.8nm。作为另一种实施方式，所述复合材料的平均孔径为2.0～3.0nm。