[发明专利]微波辅助的天然火山渣-海藻酸钠复合微球水体净化材料

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种环境工程技术领域的材料及其制备和应用方法，具体是一种微波辅助的天然火山渣-海藻酸钠复合微球水体净化材料。

背景技术

我国吉林省境内具有储量丰富的天然火山渣资源，其化学结构组成中氧化钙、氧化铁、氧化铝、氧化钛等成分可作为活性位点，同水体中可能存在的磷酸根、砷酸根等阴离子基团间直接形成鳌合作用，以特异性吸附去除水体中典型污染物。但基于天然火山渣直接吸附去除水体污染物，固液分离困难，会发生“泥水”混合现象。海藻酸钠(C₆H₇O₈Na)n作为一种天然多糖碳水化合物，价格低廉，利用氯化钙作为交联剂，可形成具有高度交联网状结构的海藻酸钠微球，目前，海藻酸钠常用于活性成分的固载化。因此，使天然火山渣包裹于传质性能良好、具有交联网状结构的海藻酸钠高分子微球中，发展基于天然火山渣-海藻酸钠复合微球的水体净化材料，具有实际应用前景。

但值得指出的是，初始形成的天然火山渣-海藻酸钠复合微球含水量较大，易于破碎，吸附效率差，选择适宜的微球加热干燥除水过程是相应制备过程的关键技术环节。通过干燥除水过程，可进一步促进相应天然火山渣-海藻酸钠复合微球结构高度交联化，从而，既有效提高相应微球结构包裹天然火山渣的稳定化效率，防止火山渣脱出等现象，同时可有效改善相应微球结构的通透性，有利于其同水体中目标污染物的相互作用。根据国内外文献报道，有人曾采用冻融除水过程，提高海藻酸钠微球交联度，以改善其固载活性物质性能，中国兰州物理化学研究所Shuibo Hua等人题为“pH-sensitive sodium alginate/poly(vinyl alcohol)hydrogel beadsprepared by combined Ca²⁺crosslinking and freeze-thawing cycles for controlled releasediclofenac sodium”(钙交联-冻融过程制备酸碱敏感可控释放二氯苯二磺酰胺的海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶球)的研究论文发表在“International Journal of Biological Macromolecules”(国际生物大分子学报，2010，46期，页码517-523)。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种微波辅助的天然火山渣-海藻酸钠复合微球水体净化材料，选择微波辅助干燥除水过程，以制备天然火山渣-海藻酸钠复合微球水体净化材料。微波除水干燥机理：利用微波在快速变化的高频电磁场中与极性分子间相互作用，把电磁能直接转换为介质热能，从而达到干燥除水目的。由于微波能直接为极性水分子所吸收，存在于目标物质内部和表面的水分子同时吸收微波，均匀加热，热传导方向与水分子传导方向一致，大大提高干燥加热速率，避免了通常传导加热系统中大幅度温度梯度变化引起的物质表面硬化现象。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种天然火山渣-海藻酸钠复合微球水体净化材料的制备方法，通过将天然火山渣加入海藻酸钠溶液中经搅拌后加入CaCl₂溶液进行交联反应得到火山渣-海藻酸钠复合微球，最后置于微波反应腔中经微波处理得到天然火山渣-海藻酸钠复合微球水体净化材料。

所述的天然火山渣是指：经过振荡清洗且加热烘干的火山渣碎粒，其用量为0.5kg；

所述的海藻酸钠溶液是指：质量百分比浓度为0.5～3.0％，溶剂为水的海藻酸钠溶液。

所述的搅拌是指：采用电磁搅拌器在室温条件下(25℃)搅拌均匀，再经超声除去空气气泡。

所述的CaCl₂溶液是指：浓度为0.05～1.50mol/L，溶剂为水的CaCl₂溶液，其用量为200mL。

所述的微波处理是指：以300W-1200W功率处理3-45分钟；

本发明通过上述方法制备得到的天然火山渣-海藻酸钠复合微球水体净化材料的化学组分为海藻酸钠固载体与火山灰，其质量比为1∶10～1∶1；其中海藻酸钠的分子式为(C₆H₇NaO₆)n，火山灰的元素质量百分比含量为：Fe 8.81％、Al 8.89％、Ti 1.37％、Ca 4.91％、Mg3.19％、K1.67％、Na 3.22％、Si 21.10％和O 46.84％。