[發明專利]果膠修飾的磁性納米吸附劑及其制備方法和應用

無效

• 申請號: 201110282070.7
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN102380348A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 王喜洋;龔繼來;曾光明;陳龍;鄧久華;陳耀寧;牛秋雅;龍飛
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 趙洪;楊斌

技術領域

本發明涉及果膠應用領域和廢水處理領域，具體涉及一種磁性納米吸附劑及其制備方法和應用。

背景技術

重金屬一般以天然濃度廣泛存在于自然界中，但由于人類對重金屬的開采、冶煉、加工及商業制造活動日益增多，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進入大氣、水、土壤中，引起嚴重的環境污染。以各種化學狀態或化學形態存在的重金屬，在進入環境或生態系統后就會存留、積累和遷移，造成危害。去除水中重金屬離子的方法很多，傳統的方法有化學沉淀法、氧化還原法、鐵氧體法、電解法、蒸發濃縮法、離子交換樹脂法等，但是這些方法存在投資大、運行成本高、操作管理繁瑣、且容易造成二次污染等問題，同時也不能有效實現重金屬和水資源的再利用。目前，實際運用中較多的是采用吸附法，吸附法因其材料便宜易得、成本低、去除效果好而一直受到人們的青睞。常用的去除重金屬的吸附劑主要有活性炭、介孔材料、黏土、沸石、殼聚糖和磷灰石等，然而這些吸附劑都存在著吸附容量小或吸附后不易分離等缺點。

生物材料中一般都富含羥基、羧基或酰胺等官能團，這些官能團對重金屬的親和力很強，所以被用來吸附重金屬。常見的有小麥秸稈、玉米秸稈、硬木和橘子皮等。果膠是一種酸性多糖，是植物細胞壁的組成部分。它和重金屬離子能夠形成穩定的絡合物，因此可以用來去除重金屬。目前，國內外已有研究含果膠或者果膠復合物的吸附劑的報道出現，但作為吸附處理重金屬離子的吸附劑，其性能和效果還有進一步改進和提升的空間。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，提供一種比表面積大、吸附效率高、成本低、易分離的果膠修飾的磁性納米吸附劑，以及相應提供一種工藝簡單、制備快速的該磁性納米吸附劑的制備方法、及該磁性納米吸附劑的應用。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種果膠修飾的磁性納米吸附劑，所述磁性納米吸附劑包括磁性納米粒子基體，所述磁性納米粒子基體表面包覆有果膠。

作為對上述技術方案的優化，所述磁性納米粒子基體優選為磁性納米鐵氧化物，所述吸附劑中碳元素和鐵元素的含量比優選為1∶(3.76～6.32)。

作為一個總的發明構思，本發明還提供上述的果膠修飾的磁性納米吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將果膠溶于超純水中，得到60g/L～100g/L的果膠水溶液；

(2)在氮氣保護下，將摩爾比為(1.5～2)∶1的FeCl₃和FeCl₂溶解于去氧水中，得到鐵離子和亞鐵離子混合溶液，并將所述混合溶液逐漸加熱至80℃～90℃；

(3)在溫度為80℃～90℃的水浴、攪拌條件下，向所述鐵離子和亞鐵離子混合溶液中依次加入氨水和步驟(1)得到的果膠水溶液，所述的氨水、果膠水溶液與鐵離子和亞鐵離子混合溶液的體積比為1∶(10～15)∶(10～15)，然后繼續攪拌30min～60min；

(4)將步驟(3)得到的混合液冷卻，分離沉淀物并經洗滌、干燥、研磨，得到果膠修飾的磁性納米吸附劑。

作為對上述技術方案的進一步優化，所述氨水的質量濃度優選為25％～28％。

磁分離技術作為一種高效、快捷、經濟的分離技術已廣泛應用于紡織、生物以及環境保護等領域，將其應用于吸附劑領域，可以在很短的時間內將吸附劑和廢水進行分離，不需要消耗很多能量，不會產生二次污染。納米材料一般具有極大的比表面積，將吸附劑制成納米級能大大提高吸附劑的吸附性能。果膠和重金屬能夠形成穩定的絡合物，可用果膠去除重金屬。本發明將磁性分離技術、納米材料以及有機物吸附劑果膠結合，可形成一種比表面積大、吸附效率高、成本低、易分離的吸附劑，同時能有效去除廢水中的重金屬離子，而且環境友好。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種上述的果膠修飾的磁性納米吸附劑在處理重金屬離子中的應用，包括以下步驟：向含重金屬離子的溶液中加入所述磁性納米吸附劑，在室溫條件下進行振蕩吸附反應后，用磁鐵將所述磁性納米吸附劑分離，完成對重金屬離子的吸附處理。

作為對上述技術方案的優化，所述含重金屬離子的溶液中所述磁性納米吸附劑的用量優選為0.25g/L～5g/L。

作為對上述技術方案的優化，所述振蕩吸附反應的條件優選為：pH值控制在5～6，反應時間控制在12h～24h。

作為對上述技術方案的優化，所述含重金屬離子的溶液的鹽濃度優選為0.05mol/L～0.2mol/L，所述重金屬優選為銅、鉛、鋅、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬中的一種或多種的組合。