[发明专利]改性壳聚糖-金属氢氧化物复合球吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性壳聚糖‑金属氢氧化物复合球吸附剂及其制备方法和应用，吸附剂的骨架为壳聚糖，骨架内部负载有金属氢氧化物，骨架外部接枝聚合上含阳离子季铵基团的高分子长链。它不容易造成二次污染，成本低，吸附效果好，而且可以从水中分离，使用寿命长，机械强度高。

技术领域

本发明涉及一种改性壳聚糖-金属氢氧化物复合球吸附剂及其制备方法和应用，属于材料合成领域。

背景技术

目前，随着工业的快速发展和农村城市化水平的不断提高，水资源紧张和水污染现象严重成为全国各地面临的主要难题之一。其中由于排入湖泊的氮、磷等营养物质的不断增长，主要湖泊氮、磷污染较重，导致富营养化问题突出。水体富营养化主要危害有：(1)恶化水源水质，增加给水处理难度和成本；(2)水体感官性状恶化，降低了水体的美学价值；(3)破坏了水体生态平衡，降低了水体的经济价值。因此水体除磷对控制富营养化至关重要。

在众多的除磷方法中，生物法及化学法均存在操作条件严格、产生二次污染以及不能回收磷资源等缺点。吸附法主要是利用吸附剂吸附污染物从而达到处理目的，由于其工艺简单、经济可行、同时可实现磷回收而备受人们关注。常见的吸附剂包括合成高聚物树脂和活性炭，对除磷有一定的效果。例如中国专利申请号为201310738551.3，公布日为2014年4月23日的专利申请文件公开了一种聚合配位交换除磷吸附剂及其制备方法，具有使用时间长，除磷效率高，成本低廉等特点。但是，这类合成高聚物吸附剂在制备和使用过程中很容易产生二次污染。相比之下，天然高聚物吸附剂因其来源广泛、价格低廉并且环境友好从而常用来作为吸附剂材料。其吸附作用主要是依靠其巨大的比表面积和数量较大的官能团。然而，天然高聚物吸附剂吸附容量有限，对水中磷的去除效果不强。若通过对天然高聚物材料进行接枝聚合，增加其阳离子功能基团的密度，则可以使吸附剂上更多的官能团接触水中的磷，大大提升其除磷能力。

利用对磷有特异性结合能力的金属氢氧化物(如氢氧化锆、氢氧化镧、氢氧化铁等)除磷具有一定的效果。例如中国专利申请号为201610872331.3，公布日为2017年2月1日的专利申请文件公开了一种除磷吸附剂及其制备方法和应用，利用含锆镁的溶液对天然沸石进行改性，具有成本低廉的特点，但是其除磷效果不突出并且难以重复使用。然而，金属氢氧化物在使用过程中易损耗，寿命短，再生性能差；且金属氢氧化物易在酸性条件下溶解于水中而失去吸附活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种改性壳聚糖-金属氢氧化物复合球吸附剂，它不容易造成二次污染，成本低，吸附效果好，而且可以从水中分离，使用寿命长，机械强度高。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种改性壳聚糖-金属氢氧化物复合球吸附剂，吸附剂的骨架为壳聚糖，骨架内部负载有金属氢氧化物，骨架外部接枝聚合上含阳离子季铵基团的高分子长链。

进一步，所述吸附剂的基本结构式如下：

进一步，对最终合成的吸附剂进行定量分析，结果如下：利用烘干技术得到吸附剂的含水量范围为80％-95％；和/或利用高温灼烧技术得到吸附剂中金属氢氧化物与有机组分的质量比为(1.8-5.7):1；和/或利用元素分析技术得到吸附剂有机组分中高分子长链与壳聚糖的质量比为(0.03-3.24):1。

进一步为了使方法操作简单，减短合成时间，本发明还提供了一种改性壳聚糖-金属氢氧化物复合球吸附剂的制备方法，方法的步骤中含有：

S1：将壳聚糖溶解于含盐酸的水溶液中，得到溶液A以及将金属盐化合物溶解于水中，得到溶液B，然后将溶液B和溶液A混合搅拌，待充分溶解后得到壳聚糖-金属盐化合物混合溶液；

S2：将壳聚糖-金属盐化合物混合溶液加入氢氧化钠-乙醇-水混合溶液中，得到白色壳聚糖-金属氢氧化物复合球；