[发明专利]磁性壳聚糖吸附剂去除碱性废水中含磺酸基染料的方法

说明书

技术领域

本发明属于废水后处理技术领域，具体是涉及一种磁性壳聚糖吸附剂去除碱性废水中含磺酸基染料的方法。

背景技术

随着我国经济社会的高速发展和城市化进程不断加快，水资源短缺和污染已经成为制约国民经济可持续发展的重要因素。纺织印染行业是工业废水排放大户，印染废水不仅水量大、水质波动大、污染物组分复杂、含量高，色度、化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)均较高，而且还含有大量有毒难降解有机物。此类有机污染物具有持久性，会在环境中长期保留下来，对环境造成严重的危害。

目前，含染料废水处理方法中针对酸性染料废水的处理方法居多。然而，碱性染料废水和酸性废水一样，都是所有工业废水中最常见的一种废水，主要来源于染料的生产和使用过程中。如果不经过处理就直接排放，将腐蚀管道、渠道和水工建筑物；排入水体后将改变水体的pH值，影响水体的自净作用，破坏河流的自然生态，导致水生资源减少或毁灭。

目前，碱性废水物理化学处理方法主要有：(1)絮凝法；(2)酸碱中和法；(3)吸附法；(4)膜分离技术；(5)高级氧化技术等(刘建明，吴叔兵，碱性废水处理与回收利用研究进展，中国资源综合利用，2008，26(9)：36-39)。但上述这些方法都存在着某些弊端和不合理性，例如絮凝法处理产生的大量污泥可能会造成对环境的二次污染；酸碱中和法需要耗费大量的酸来中和废水中的碱；高级氧化技术则需要使用大量的氧化试剂，成本高；膜分离技术存在着操作复杂、原材料和操作成本相对过高的问题。并且由于染料品种多，并朝着抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向发展，常规氧化废水处理技术难以去除这些有机组分。而吸附法特别适合于生化降解较难的染料废水的处理。试验的吸附剂体系也很多，例如，活性炭、树脂及粘土、沸石、膨润土、粉煤灰、锯末等低值品或农业废弃物。活性炭目前研究最为广泛，包括粒状活性炭、粉状活性炭和活性炭纤维等，但实际应用中由于其固液分离较难，对回收和循环利用带来了很大的不便。因此，近年来，环境工程界越来越重视廉价、高效、低成本吸附剂的研究及应用。

近年来，由于良好的选择性、较高的吸附容量、易于再生等特点，过渡金属离子与大分子的配合物在废水处理中显示出了巨大的应用前景，利用化学修饰淀粉与铜的配合物已成功应用于废水中染料的去除(Equilibrium and molecular mechanism of anionic dyes adsorption onto Copper(II)Complex of dithiocarbamate-modified starch，Cheng R.，Ou S.，Xiang B.，Li Y.，Liao Q.，Langmuir，2010，26，752-758)。然而，该吸附剂的最佳处理pH值为4，也就是说该吸附剂只能适应用酸性染料废水的处理。因此，急需开发适用于碱性染料废水处理的高效吸附剂。

壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰化而得到的一种天然生物高分子，具有复杂的双螺旋结构，分子结构中有-OH、-NH₂基团，它无毒，对动物、植物无害，具有良好的吸附和螯合作用而受到人们的重视。然而，壳聚糖的吸附性能主要依赖于其极性基团氨基的正电荷性，也就是氨基的离子化率，这样，壳聚糖类吸附剂大多适用于pH＜5的染料废水。因此，需要对壳聚糖进行改性修饰以适应于碱性染料废水的处理。壳聚糖分子中具有-OH和-NH₂侧基，是典型的Lewis碱性基团，从构象上来看，它们都是平伏键，这种特殊结构使得它们对具有一定离子半径的一些金属离子在一定的pH值条件下具有螯合作用，是一种天然螯合剂，可作为配体与金属离子形成螯合物，有效地捕集或吸附碱性废水中的染料分子。

发明内容

本发明提供了一种磁性壳聚糖吸附剂去除碱性废水中含磺酸基染料的方法，该方法环境友好、操作简单、废水中含磺酸基染料去除和回收效率高，吸附剂可回收利用，回收成本低。

一种磁性壳聚糖吸附剂去除碱性废水中含磺酸基染料的方法，包括：

(1)磁性壳聚糖吸附剂的制备：将壳聚糖溶解到浓度为0.1-0.2mol/L的氯化铁水溶液中，壳聚糖与氯化铁的摩尔比为2-3∶1，室温搅拌120～150分钟，加入乙醇后析出固体，固体经过滤、洗涤后与纳米磁性四氧化三铁(Fe₃O₄)混合，然后与戊二醛水溶液进行交联反应120～150分钟，控制反应体系中戊二醛的重量百分比浓度为10～15％，交联反应完成后经后处理得到磁性壳聚糖吸附剂；