[发明专利]一种咪唑和壳聚糖功能化磁性粒子及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种功能化磁性粒子制备方法和应用，尤其是涉及一种咪唑和壳聚糖功能化的磁性粒子及其制备方法和应用。

背景技术

目前，脱除废水中磺酸染料的主要方法有化学氧化法、膜分离法、絮凝法、吸附法、微生物降解法等，这些方法各有优点，但存在着需使用大量的有机溶剂，产品回收率低，经济效益不理想，操作繁琐以及二次污染等问题。

功能化磁性粒子因其表面可功能化，具有较好的选择性，且能在磁场中迅速定向分离，因此，在脱除废水中的磺酸染料方面有广阔的应用前景。

目前，用于脱除废水中染料的吸附材料的研究工作已取得了一定的成果。201210121603.8于2012年8月15日公开了一种香蕉皮制成的染料吸附材料，其制备方法为：(1)用水清洗香蕉皮，然后打浆为香蕉皮浆，将香蕉皮浆送入发酵罐；(2)发酵罐中接种菌种，通风发酵；(3)发酵罐中的产物固液分离，固体部分水洗后收集；(4)固体部分干燥、粉碎。该吸附材料可吸附染料废液中40-60％的染料，脱除效率较低，且不能重复利用，还需要过滤、离心等复杂的操作，费时耗力。201110116052.1于2011年9月14日公开一种去除染料可磁性分离的新型吸附材料的制备方法，合成步骤如下：将采用化学气相沉积法所得碳纳米管原始样品，超声分散在蒸馏水中。添加一定量的氧化性溶液，将溶液置于磁力搅拌器中，在一定温度下回流反应数小时。将改性后的磁性碳纳米管样品过滤、水洗、真空干燥，即可获得磁性碳纳米管复合吸附材料。该磁性碳纳米管复合吸附材料稳定且在水溶液中有较好的分散性能，对染料有较好的脱除效果，但是该材料的选择性较差，且不可重复使用，所需要的碳纳米管材料价格昂贵，来源不丰富，难于工业化。201110219902.0于2013年2月6日公开了一种染料吸附材料的制备方法及应用。本发明是利用雪松针叶烘干粉碎，并利用乙醇脱脂、脱有机色素，经磷酸缓冲液冲洗，再沉淀烘干，过筛后制成吸附材料并用于染料的去除。该生物吸附材料对染料的脱除效率高，制备过程简单，且取材方面、材料充足、成本较低，但吸附材料无法循环使用，且需要过滤、离心等复杂的操作，费时耗力。201210112650于2012年8月1日公开了一种具有高吸附性能的磁性介孔碳纳米微球的制备方法，它应用溶剂热的方法在介孔碳内引入Fe₃O₄磁性粒子，制备出一种具有高饱和磁化度的介孔碳微球，将其用于废水中的染料等污染物的脱除。制备的磁性介孔碳纳米微球具有高的比表面积(741.8m²·g^-1)，可被广泛地应用于水处理、催化剂载体和生物医学等领域，但是选择性不够好。201110020472.X于2011年6月29日公开了磁性壳聚糖吸附材料去除碱性废水中含磺酸基染料的方法，制备方法如下：(1)将壳聚糖溶解到氯化铁水溶液中，搅拌，加入乙醇后析出固体，固体经过滤、洗涤后与纳米磁性Fe₃O₄混合，再与戊二醛水溶液进行交联反应，交联反应完成后经后处理得到磁性壳聚糖吸附材料；(2)将磁性壳聚糖加入到含有磺酸基染料的水溶液中，搅拌，过滤，得到回收染料的溶液和磁性壳聚糖吸附材料。该方法操作简单，环境友好且成本低廉，但是功能基团相对较少，会影响吸附剂对磺酸基染料的饱和吸附量。

染料吸附材料种类多样，如活性炭、碳纳米管、沸石等材料都可以作为吸附材料。以壳聚糖为代表的天然染料吸附材料，来源广泛，价格低廉，备受关注。廉价易得的咪唑是一种容易质子化的材料，对以阴离子形式存在的污染物有很好的吸附。因而，将这两种材料共同改性磁性Fe₃O₄，得到富含功能团-NH₂、-NH-的磁性粒子，能够有效地脱除废水中以阴离子形式存在的磺酸染料。

目前常用的脱除废水中的磺酸基染料的吸附材料中，选择性较差，功能团相对较少且单一。就我们检索的文献可知，制备咪唑和壳聚糖共同功能化的磁性粒子，及应用于脱除与回收水中的MO、CR和ACBK三种磺酸类染料的研究未见文献报导。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种咪唑和壳聚糖功能化磁性粒子及其制备方法和应用。

本发明之改性磁性粒子是咪唑和壳聚糖功能化的磁性粒子，表示为：Fe₃O₄@OA@CTS-g-IMZ，式中，OA表示油酸，CTS表示壳聚糖，IMZ表示咪唑。

本发明之功能化磁性粒子的制备方法，包括以下步骤：