[發(fā)明專(zhuān)利]一種重金屬離子吸附劑及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510015436.2
• 申請(qǐng)日: 2015-01-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104525158B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦衛(wèi)東;葛瑩;梁曉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京師范大學(xué);北京師大科技園科技發(fā)展有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): B01J20/26
• 分類(lèi)號(hào): B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水處理領(lǐng)域，特別涉及一種重金屬離子吸附劑及其制備方法。

背景技術(shù)

重金屬是指原子量在63.5和200.6之間的原子，它們的比重一般大于5.0g/cm³。重金屬在環(huán)境中不可降解，而且往往在生物體內(nèi)進(jìn)行積累，因此重金屬的治理備受關(guān)注。許多重金屬離子已被證明有毒或是致癌物質(zhì)。比如，攝入過(guò)量的銅將會(huì)帶來(lái)了嚴(yán)重的中毒問(wèn)題，如嘔吐，痙攣，抽搐，甚至死亡；汞中毒的典型例子是水俁病；鉛可引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟，肝臟和生殖系統(tǒng)的損害。

水中重金屬的去除方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、膜過(guò)濾、混凝-絮凝法、電化學(xué)方法及吸附法等。其中吸附法具有高效、廉價(jià)、方便等特點(diǎn)，被認(rèn)為是去除水中重金屬最有應(yīng)用前景的方法。吸附法對(duì)重金屬污染物的去除效果主要取決于吸附劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，因此尋找廉價(jià)，高效，易于實(shí)際應(yīng)用的吸附劑是當(dāng)前水處理研究的主要方向。

脫氧核糖核酸(Deoxyribonucleic?acid，縮寫(xiě)為DNA)是一種引導(dǎo)生物發(fā)育與生命機(jī)能運(yùn)作的分子，在中性條件下，DNA分子上的羧基電離，形成聚陰離子。這種聚陰離子可以和金屬離子發(fā)生比較強(qiáng)的相互作用。DNA在動(dòng)物體內(nèi)含量豐富，而且，DNA沒(méi)有毒性，因此有將其應(yīng)用于去除水中重金屬離子的研究。Zhao等(Changsheng?Zhao,Ling?Shi,Xingyi?Xie,Shudong?Sun,Xiangdong?Liu,Motoyoshi?Nomizu?and?Norio?Nishi:Adsorption?Science&Technology?Vol.23No.52005,387-398)在聚砜微球表面涂布上一層DNA溶液薄膜，但是由于DNA分子是水溶性的，而且DNA和微球表面的作用力很弱，為了防止DNA在去除重金屬離子過(guò)程中溶解在水中而流失，他們用紫外照射的方法使DNA發(fā)生聚合反應(yīng)，使微球表面生成一層DNA膜包裹微球。這種方法的缺點(diǎn)是，由于聚合后的DNA為疏水性，水中的金屬離子不能和DNA分子充分作用；而且，經(jīng)過(guò)照射后發(fā)生聚合反應(yīng)的DNA分子的構(gòu)型已經(jīng)發(fā)生變化，影響其和金屬離子之間的螯合。因此這種微球去除金屬離子的能力受到影響。據(jù)報(bào)道，這種離子吸附劑凈化后的重金屬離子殘留濃度比較高，鉛離子殘留濃度達(dá)1.28mg/L，銅離子殘留濃度達(dá)到2.38mg/L，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于飲用水最大含量指標(biāo)(Pb為0.015mg/L；Cu為1.3mg/L)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種重金屬離子吸附劑及其制備方法，所述重金屬離子吸附劑能夠有效、方便的去除水體中的重金屬。

本發(fā)明公開(kāi)了一種重金屬離子吸附劑，包括：核、通過(guò)硅烷類(lèi)化合物接枝于所述核上的聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子和吸附于所述聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子上的聚陰離子；

所述核為二氧化硅包覆的四氧化三鐵。

優(yōu)選的，所述聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子和聚陰離子之間還包括，接枝于所述聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子上的空間結(jié)構(gòu)為球狀的聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子；

所述聚陰離子吸附于所述空間結(jié)構(gòu)為球狀的聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子上。

優(yōu)選的，所述聚陰離子為DNA或聚陰離子纖維素。

優(yōu)選的，所述核、聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子和空間結(jié)構(gòu)為球狀的聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子的總質(zhì)量與聚陰離子的質(zhì)量比為1:1～20:1。

本發(fā)明還公開(kāi)了一種重金屬離子吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

將通過(guò)硅烷類(lèi)化合物接枝上聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子的核在含有聚陰離子的緩沖溶液中超聲分散，然后靜置，得到重金屬離子吸附劑；

所述核為二氧化硅包覆的四氧化三鐵。

優(yōu)選的，所述接枝上聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子的核的制備方法為：

將核與硅烷類(lèi)化合物在有機(jī)溶劑中混合均勻后，進(jìn)行反應(yīng)，得到接枝上0代聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子的核；

所述硅烷類(lèi)化合物為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷。

優(yōu)選的，所述接枝上聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子的核的制備方法還包括：

將0代聚酰胺-胺接枝的核經(jīng)過(guò)邁克爾加成反應(yīng)或酯基的酰胺化反應(yīng)得到接枝上不同代數(shù)的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子的核。

優(yōu)選的，接枝上聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子的核超聲分散前，還包括：將接枝上聚酰胺-胺樹(shù)狀大分子的核與空間結(jié)構(gòu)為球狀的聚酰胺-胺樹(shù)枝狀大分子在有機(jī)溶劑中避光反應(yīng)。