[发明专利]多孔壳聚糖的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水体净化处理技术领域，具体涉及一种具有微纳分级结构的勃姆石的制备方法。

背景技术

腐殖酸是天然水体中溶解性有机物的主要组成部分，是一种含酚羟基、羧基、醇羟基等多种官能团的大分子多环芳香化合物，主要来源于自然界动植物碎屑生物降解，约占水中总有机物的50% ~ 90%。水体中腐殖酸的存在可引起人体健康及环境等一系列问题，水体中腐殖酸存在是水体色度和臭味的主要原因，腐殖酸易于水中重金属离子络合，大大增加胶体的稳定性，增加水处理难度，在饮用水加氯消毒过程中，腐殖酸可与氯消毒剂反应，生产三氯甲烷、卤乙酸等消毒副产物，对人体有致癌、致畸、致突变的作用，此外，腐殖酸可能干扰人体对无机元素的吸收和代谢平衡，可引起大骨病，因此，如何高效去除水中腐殖酸成为当前水处理领域关注的热点。

目前，水体中腐殖酸处理的方法主要有：强化混凝沉淀、膜滤法、高级氧化法和吸附法等，强化混凝沉淀法和膜滤法是常用的方法，但强化混凝对低浓度的腐殖酸去除效果差，膜滤法虽然去除效果好，但易造成膜污染问题，高级氧化法存在运行成本高、装置复杂、处理量受限等问题，吸附法作为低能耗、高安全性、操作简单的处理工艺，具有很好的应用前景，成为当前环境研究的热点。

吸附是发生在物质表面上的一种传质过程，主要是吸附质分子和吸附剂表面分子之间的相互作用来实现，分为物理吸附和化学吸附，腐殖酸具有酚羟基、羧基、醇羟基等多种官能团的大分子多环芳香化合物，研究表明，胺基类的吸附剂对腐殖酸有较好的吸附效果，其主要依靠吸附剂表面胺基与腐殖酸离解的羧基和醇羟基通过静电作用结合，目前用于吸附水体中腐殖酸的胺基类吸附剂主要有壳聚糖、聚吡咯、胺基改性聚丙烯腈等，此类吸附剂对水体中腐殖酸去除效果较好，但吸附后吸附剂分离困难限制了其应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、生产成本低廉、非常适用于工业化生产的高品质勃姆石微纳分级结构的制备方法。

壳聚糖分子由胺基葡萄糖单元连接而成，因此存在大量的羟基、胺基等特殊官能基团，可用于去除水体中的腐殖酸。为了提高吸附效率可以改善孔结构，负载磁性颗粒可以提高分离效率，负载过渡金属氧化物可以增强与腐殖酸的结合效率。

为了解决背景技术中所存在的问题，本发明采用技术方案包括步骤如下：

将氧化铁（Fe₃O₄）纳米颗粒超声分散到去离子水中，加入氧氯化锆（ZrOCl₂）充分搅拌加热反应生成ZrO₂/Fe₃O₄复合金属氧化物纳米球，之后加入到壳聚糖溶解在4%的醋酸溶液中，形成溶胶-凝胶，再将此溶胶-凝胶通过蠕动泵逐滴注入到2mol/L NaOH溶液中变成单分散一颗颗微球，通过冷冻干燥形成多孔壳聚糖微球负载ZrO₂/Fe₃O₄金属氧化物。

本发明以多孔壳聚糖微球负载ZrO₂/Fe₃O₄金属氧化物为吸附剂，对水体中腐殖酸类污染物吸附去除，吸附可采用动态过程和静态过程，本发明处理的水体是弱酸性或中性左右（优选pH=4 ~ 8，最优选5 ~ 7）含腐殖酸类的微污染水，水体中腐殖酸初始浓度范围为5 ~ 150 mg/L，水温为20 ~ 40℃。多孔壳聚糖微球负载ZrO₂/Fe₃O₄金属氧化物去除水体中腐殖酸类污染物的具体方法为：将此吸附剂按一定比例加入到含有腐殖酸类微污染物的水体中，吸附剂的用量可根据具体情况调节，优选吸附剂与微污染水质量比为1:2000 ~ 10000，充分搅拌1 ~ 24h，吸附平衡后，在外加磁场作用下，吸附后的吸附剂回收，达到去除水体中腐殖酸的目的。

本发明有以下有益效果：

多孔壳聚糖微球负载ZrO2/Fe3O4金属氧化物具有很好的水溶性，由于吸附剂含有丰富的胺基易于水体中腐殖酸类分子结合，并且表面的金属铁和锆能与腐殖酸分子产生络合作用，这些因素的协同作用，极大增强对腐殖酸的吸附，其吸附性能明显优于其他的吸附材料。多孔壳聚糖微球负载ZrO2/Fe3O4金属氧化物最大的吸附量为194.8mg/g，而聚苯胺最大吸附量为126.58mg/g、活性炭最大吸附量为2.51mg/g、胺化中孔硅最大吸附量为117.6mg/g、胺化聚丙烯纤维膜最大吸附量为16.22mg/g，且此发明方法操作简单，成本低廉。