[發明專利]一種納米孔徑顆粒狀吸附劑及制備方法

無效

• 申請號: 201210035700.5
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102553542A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張杭君;賈秀英;黃黎明;胡賜明
• 申請（專利權）人: 杭州師范大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;冷紅梅

(一)技術領域

本發明涉及一種能高效吸附飲用水中微污染物的納米孔徑顆粒狀吸附劑及制備方法。

(二)背景技術

目前，對于飲用水的凈水工藝，國內外的研究和應用成果主要包括吹脫、生物預處理、物理和化學氧化、光化學處理、吸附法等。其中吸附法是水處理中較為常用，大多數凈水設備都采用活性炭為吸附材料，但傳統的方法在使用過程中易殘留粉末狀固體，不易過濾，造成飲用水的二次污染。而且通常活性炭吸附材料適用于吸附低分子量的有機物，而對水中存在的一些微量的高分子有機物及極性有機物的吸附效果較差，而且這樣的凈水設備龐大，造價高，還伴隨著高壓風機的噪聲污染等。近年來國內外學者試圖改變吸附材料的形態來克服上述缺點，提高吸附效能，如蜂窩狀吸附劑、顆粒狀吸附劑。但此類吸附劑仍面臨如下問題：(1)對水中高分子有機物(如酚類化合物、鹵代烴等)吸附效果欠佳；(2)活性炭作為吸附材料在實用過程中會影響飲用水色度；(3)所用基質材料殼聚糖所占的比例大，經濟成本高；(4)所選吸附材料活性炭的比表面積同比較小。

(三)發明內容

本發明目的是提供一種能高效吸附飲用水中微污染物、環境友好、生產成本低、吸附效率高的納米孔徑顆粒狀吸附劑及制備方法。

本發明采用的技術方案是：

一種納米孔徑顆粒狀吸附劑，以質量比為0.5～10∶1的硅藻土和殼聚糖為主要原料，按照如下方法制備得到：

(1)取配方量的硅藻土和殼聚糖，混合均勻，以適量0.8～2.4％(w/w)醋酸溶液溶解，得到混合液；

(2)將步驟(1)混合液于攪拌下逐滴滴入足量固定液中，制成均勻顆粒小球；所述固定液為30～40％(w/w)氫氧化鈉和無水乙醇體積比1∶8～10的混合物；固定成型過程中，需根據吸附劑的作用量計算固定液體積(根據酸堿平衡計算出氫氧化鈉用量，考慮到固定成型過程的消耗和實際實驗的參數，需要將氫氧化鈉用量放大10倍后，計算總體積；通常每3g硅藻土和殼聚糖，需加入88～220mL的固定液)，并在制作過程中輕輕攪拌以防止吸附劑粘連，并保證吸附劑的完整外觀。

(3)將步驟(2)制得的顆粒小球漂洗至中性，干燥，即得所述納米孔徑顆粒狀吸附劑。

本發明納米孔徑顆粒狀吸附劑由環境友好型材料硅藻土和殼聚糖組成，各組分含量可根據實際需求進行適當調節。

本發明還涉及所述納米孔徑顆粒狀吸附劑的制備方法，所述方法如下：

(1)取質量比為0.5～10∶1的硅藻土和殼聚糖，混合均勻，以0.8～2.4％醋酸溶液溶解，得到混合液，所述醋酸溶液用量與硅藻土和殼聚糖總用量之比為10～40mL∶3g；

(2)將步驟(1)混合液于攪拌下逐滴滴入足量固定液中，制成均勻顆粒小球；所述固定液為30～40％氫氧化鈉和無水乙醇體積比1∶8～10的混合物；固定液用量與硅藻土和殼聚糖總用量之比優選為88～220mL∶3g；

(3)將步驟(2)制得的顆粒小球漂洗至中性，干燥，即得所述納米孔徑顆粒狀吸附劑。

優選的，所述硅藻土和殼聚糖質量用量之比為6～10∶1。

本發明納米孔徑顆粒狀吸附劑與現有的吸附劑相比：顆粒狀吸附劑成型體強度高，相比于粉末狀吸附劑，使用過程中易除去。所選材料具有優良的性質，選用殼聚糖為基質材料，它是一種天然高分子聚合物，無毒、易生物降解，不會造成二次污染且資源豐富且價格低廉，它含有大量的羥基和氨基，可以通過氫鍵、共價鍵或配位鍵與有機分子牢固結合將其從水溶液中去除，它還可以吸附高分子有機物；硅藻土具有質輕，多孔，孔徑分布范圍大，空隙率高，相對密度小，化學性質穩定，耐磨，耐熱等特點，因其獨特的微孔結構，該天然微孔材料具有良好的吸附特性，能吸附自身質量的1.5～4倍的液體。將硅藻土和殼聚糖結合在一起，克服了活性碳影響水的色度、不易過濾等缺點，還能夠去除更大范圍的有機化合物。

本發明納米孔徑顆粒狀吸附劑與國外的吸附劑相比：(1)所加基質材料(殼聚糖)用量少，降低經濟成本；(2)所用材料有較強的吸附能力，有利于提高吸附效能，且為天然礦產資源，價格低廉；(3)本實用新型清潔、安全、不會造成二次污染；(4)本發明吸附劑在使用過程中不必再活化，可節省一套密閉設備和電能。

本發明的有益效果主要體現在：本發明納米孔徑顆粒狀吸附劑，制作工藝簡單穩定，所選吸附材料硅藻土的孔隙率是活性炭的數千倍，其獨特的微孔結構使其具有良好的吸附性能，并能高效吸附水中的重金屬、酚類化合物等，而作為天然的礦產資源，其價格低廉，能實現環境-經濟的共同效益。

(四)附圖說明