[发明专利]一种壳聚糖-共价有机骨架复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种壳聚糖‑共价有机骨架复合材料，由壳聚糖和ZIF‑8形成的具有微介孔结构的壳聚糖凝胶球及附着在壳聚糖凝胶球孔道内壁和壳聚糖凝胶球表面的共价有机骨架而形成的蜂窝状气凝胶球壳聚糖‑共价有机骨架复合材料，所述壳聚糖‑共价有机骨架复合材料用于吸附水中的汞离子。本发明还提供了一种壳聚糖‑共价有机骨架复合材料的制备方法。本发明提供的一种壳聚糖‑共价有机骨架复合材料，具有较强的吸附汞离子能力，能够有效解决水体中Hg²⁺对环境的污染问题，其该复合材料的制备方法简单易行，生产条件要求低，成本较低。

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，特别涉及一种壳聚糖-共价有机骨架复合材料及其制备方法。

背景技术

在重金属污染物中，汞(Hg)作为一种特殊的、毒性极强的典型重金属元素备受人们关注。汞在化工、医药、农业和日常生活中应用十分广泛，每年大约有5000吨汞进入环境中，随着大气和洋流运动，汞污染遍及全球。目前，我国正处在工业化和城市化进程快速发展的阶段，化石燃料的燃烧、生活垃圾和医疗垃圾的焚烧、冶金和造纸工业等多个方面是现阶段全球人为汞污染的主要来源，塑料工业、氯碱工业、混汞炼金雷汞生产和电子工业的废水进入江河湖海等方面是水体中汞的主要污染来源。我国主要用汞行业包括：化工(聚氯乙烯、化学试剂)、轻工(电池、照明电器及电光源)、冶金(黄金采冶)、医疗器械(体温计、血压计)等方面，每年需消耗汞约1200吨。此外，中国也是世界上最大的煤炭消费国，并且我国煤炭高汞低卤，开采技术和装备水平参差不齐，因此燃煤行业也是我国最大的汞排放源，占中国大气汞排放总量的50％以上。有色金属冶炼行业主要包括锌、铅、铜和金等等金属的冶炼，因矿石中常伴生汞元素，在冶炼过程中也会排放汞。同时，中国是世界上最大的水泥生产国，生产量占全球80％以上，因汞是石灰石原料和燃料煤中的伴生元素(大部分在煤中)，因此，水泥行业也是主要的汞污染排放源之一。

汞能够通过蒸发、沉降等途径迁移到大气和土壤中，造成大气污染、土壤污染以及水体污染。并且，汞又能通过食物链迁移到鱼类、鸟类、哺乳类动物题体内，最后富集进入人体，对人体和生态环境造成严重的危害。汞是有毒的重金属元素之一，一旦以有机汞的形态进入人体内，立即与人体内的酶发生反应，使之失去活性，造成人体神经系统、消化道、口腔、肾脏和肝脏等功能性障碍，慢性中毒时，会引起神经衰弱症候群，表现为极易兴奋，震颤、口腔汞线及炎症，肾功能损害等症状。此外，汞在孕妇体内还可以侵入胎盘供血组织，从而传给胎儿，导致婴儿畸形。因为汞及其衍生物具有持久性，易迁移性，生物富集性和生物毒性等特性。因此，汞已经成为重要的环境有毒有害物质，对人体健康和生态幻境造成巨大的威胁。因此，被联合国环境规划署列为全球性污染物，已经成为中国乃至全球优先防治的污染物之一。目前，如何有效地处理汞的污染，是环境、材料、工程等领域研究的重要课题之一。

常见的含汞废水处理方法有化学沉淀法、离子交换法、电解法和吸附法。在这些方法中吸附法具有工艺简单、高效、成本低以及可收集污染物等优点，被认为是最有效和最经济的方法之一。吸附剂根据载体骨架可分为有机载体和无机载体，有机载体包括生物质如壳聚糖、纤维素、淀粉腐植酸，还有人工合成的聚苯乙烯树脂、聚苯乙烯-交联乙二烯树脂等。天然的有机载体本身含有一些活性官能团(-OH、-NH₂、-COOH等)，而且具有来源广泛、成本廉价、易生物降解、且不产生二次污染等优点，成为研究者首选的绿色节约型的汞离子吸附剂。

壳聚糖(CS)主要来源于海洋生物，是虾、蟹等外壳中的甲壳素经过部分脱乙酰化的产物，也是天然产物中唯一的碱性多糖。由于其结构存在丰富的羟基和氨基等活性基团，壳聚糖及其衍生物不仅在医药、纺织、造纸、食品、生物、化工、农业等众多领域具有许多应用价值，而且还广泛作为吸附剂用于去除水体中的污染物。壳聚糖的缺点是机械强度低和热稳定性差，尤其在酸性条件下易溶解而影响其去除效果。因此，为了克服壳聚糖理化性能的不足，需要对其进行改性，以增强其酸性条件的稳定性。