[發(fā)明專利]一種鎘離子及其配合物吸附的磁性微球及其制備方法和應(yīng)用與再生方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610076811.9
• 申請日: 2016-02-03
• 公開（公告）號: CN105536741B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田慶華;王曉陽;郭學(xué)益;李棟
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;B01J20/34;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 長沙朕揚(yáng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)43213
• 代理人: 楊斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及改性吸附材料領(lǐng)域，尤其涉及一種用于工業(yè)廢水中鎘離子及其配合物吸附的磁性微球及其制備方法和應(yīng)用與再生方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)的發(fā)展，重金屬廢水尤其是含鎘廢水成為環(huán)境污染的重要源頭。含鎘廢水主要來源于電鍍、采礦、顏料、合金等行業(yè)，進(jìn)入生態(tài)環(huán)境中的鎘離子及其配合物易通過食物鏈而富集，對生物和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重的威脅，甚至危及整個生態(tài)系統(tǒng)。近年來的“鎘米事件”引起了公眾對鎘的恐慌，人人“談鎘色變”。水體中的鎘直接或間接進(jìn)入人體，引起肝、腎、骨骼等生理功能的改變，累積到一定量后將導(dǎo)致各種急、慢性疾病，如“骨痛病”等。因此，控制和治理含鎘廢水的污染備受重視。近年來，四氧化三鐵磁性吸附材料在重金屬鎘及其配合物污染治理方面取得較多成果。目前常用的四氧化三鐵磁性吸附材料的制備方法有共沉淀法、溶劑熱法、高溫分解法及溶膠凝膠法等。共沉淀法制備的四氧化三鐵納米顆粒粒徑不均勻，形狀不規(guī)則，易團(tuán)聚，磁響應(yīng)性較差，且反應(yīng)條件苛刻，難以大量生產(chǎn)；高溫分解法制備四氧化三鐵納米顆粒的原料毒性大，過程需要嚴(yán)格控制，對設(shè)備要求高；溶膠凝膠法的合成周期長，成本偏高，且合成的四氧化三鐵納米顆粒干燥時易開裂，穩(wěn)定性不強(qiáng)。而采用溶劑熱法制備四氧化三鐵納米顆粒反應(yīng)速度快、晶粒發(fā)育完整、磁性高、團(tuán)聚少、分布均勻、純度高，因此適用廣泛。而對四氧化三鐵磁性吸附材料進(jìn)行改性以處理鎘廢水的方法也很多，但是傳統(tǒng)的四氧化三鐵磁性吸附材料進(jìn)行改性處理的方法流程長、操作繁瑣、材料損耗大、成本高，而且改性后的四氧化三鐵磁性吸附材料對鎘離子的吸附能力也難以達(dá)到預(yù)期的要求，改性后的四氧化三鐵磁性吸附材料的再生循環(huán)能力也較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于工業(yè)廢水中鎘離子及其配合物吸附的磁性微球及其制備方法和應(yīng)用與再生方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為：

一種鎘離子及其配合物吸附的磁性微球，在四氧化三鐵/聚丙烯酸復(fù)合材料的表面接枝有4-苯基-3-氨基硫脲，所述四氧化三鐵/聚丙烯酸復(fù)合材料是以磁性納米四氧化三鐵顆粒為核、在核的表面包覆有聚丙烯酸形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

上述的磁性微球，優(yōu)選的，所述磁性微球的粒徑為100～500nm，比表面積為80～120m²/g。

本發(fā)明還提供一種鎘離子及其配合物吸附的磁性微球的制備方法，包括以下步驟：

(1)將三價鐵鹽溶于乙二醇中，然后依次加入質(zhì)量比為(1:2)～(2:1)的丙烯酸類物質(zhì)和醋酸鈉，混合均勻后加入乙二胺，得到混合溶液；

(2)對步驟(1)后的混合溶液進(jìn)行恒溫加熱處理后，經(jīng)冷卻、分離、清洗，得到四氧化三鐵/聚丙烯酸復(fù)合材料；

(3)將步驟(2)得到的四氧化三鐵/聚丙烯酸復(fù)合材料加入pH＝4.0～6.0的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽的緩沖溶液中活化，然后將活化后的四氧化三鐵/聚丙烯酸復(fù)合材料與4-苯基-3-氨基硫脲按(1:2)～(2:1)的質(zhì)量比均勻分散于pH＝7.0～7.5的緩沖溶液中，攪拌、分離、清洗、干燥，即得到所述磁性微球。

上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(1)中，三價鐵鹽為三氯化鐵、六水合三氯化鐵、乙酰丙酮鐵的一種或多種，三價鐵離子的濃度為0.1～0.5mol/L；丙烯酸類物質(zhì)為丙烯酸、聚丙烯酸、丙烯酸鈉、聚丙烯酸鈉的一種或多種。

上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(2)中，恒溫加熱的溫度為160～240℃，時間為4～20h。

上述的制備方法，優(yōu)選的，所述步驟(3)中，活化的具體過程為：將四氧化三鐵/聚丙烯酸復(fù)合材料按濃度為2～5g/L(緩沖溶液中四氧化三鐵/聚丙烯酸復(fù)合材料的濃度)均勻分散于濃度為0.05～0.1g/L的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽緩沖液中超聲活化15～30min。

作為一個總的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種上述的或上述的制備方法制備得到的鎘離子及其配合物吸附的磁性微球的應(yīng)用方法，將所述磁性微球按1～5g/L的配比加入含鎘廢水中，并使用1M氫氧化鈉或鹽酸稀溶液調(diào)整含鎘廢水的pH至5.0～5.5，攪拌1～1.5h后，分離出負(fù)載鎘的磁性微球，即分離出廢水中的鎘及其配合物。

上述的應(yīng)用方法，優(yōu)選的，當(dāng)含鎘廢水的體積<10L時，所述磁性微球的添加配比為1～2g/L；當(dāng)含鎘廢水的體積≥10L時，所述磁性微球的添加配比為3～5g/L。