[发明专利]一种壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与环境工程领域，涉及一种对地下水中重金属离子具有选择性好、吸附性能好、可重复利用的复合吸附材料及其制备方法，特别涉及一种纳米四氧化三铁为核、表面掺杂拟态薄水铝和交联壳聚糖的吸附剂制备方法。

背景技术

地下水存在有大量的重金属和氟离子，而其分离富集方法种类繁多，主要有吸附法、化学沉降法、电渗析法、萃取法、薄膜法等。

吸附法是一种其中较为廉价的水处理方式，常见的吸附材料有活性炭、活性氧化铝、纳米四氧化三铁、壳聚糖等。在现有的报道中，掺铝吸附剂是一种很有前途的吸附剂，其对氟具有很强的电性吸附性能，又因其低成本、容易再生性质广泛应用于水处理中(B.J.Ash，2002)。一些研究人员制备了铝掺杂磁性材料(Yuanyuan Zheng，2012)，能够有效去除水体中的氟离子，但对水体中的砷去除效率较低，并存在铝离子流失的问题。利用高分子材料对掺杂材料进行改性，能有效提高吸附材料性能，并减少铝离子的流失。但是用于高分子材料和铝掺杂的材料鲜有报道(C.Sairam Sundaram，2009)。而在高分子材料中，壳聚糖是一种非常合适的功能性材料，它的化学结构中富含-NH₂和-OH，对水体的金属离子和部分阴离子具有螯合吸附作用(M.A.Morales，2003)。例如，一些研究人员使用铝化合物和壳聚糖合成的高分子复合材料，可以有效的提高除氟能力(N.Viswanathan，2010)，并有效阻止金属离子流失。但是这种AlCs复合材料吸附后难以与水体分离，沉淀需要较长时间。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂及其制备方法，合成一种以四氧化三铁表面覆盖壳聚糖和拟态薄水铝混合物薄膜的纳米颗粒。

技术方案：本发明提供的一种壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)四氧化三铁核心的制备：将氯化铁、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙酸钠均匀分散至乙二醇中，160-200℃反应6-10h，即得四氧化三铁核心；

(2)纳米四氧化三铁-异丙醇铝的乙醇溶液的制备：将异丙醇铝分散于乙醇中，再加入四氧化三铁核心，50-70℃反应8-12h，即得纳米四氧化三铁-异丙醇铝的乙醇溶液；

(3)壳聚糖-乙酸溶液的配置：将冰乙酸、壳聚糖和水混匀，静置，即得壳聚糖-乙酸溶液；

(4)壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂的制备：将壳聚糖-乙酸溶液滴加至纳米四氧化三铁-异丙醇铝的乙醇溶液中，室温水解反应0.5-1h；调pH至10-12，再加入环氧氯丙烷，60-80℃反应2-4h，即得壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂。

步骤(1)，氯化铁、聚乙烯吡咯烷酮、无水乙酸、乙二醇和的用量比为2.0-4.0g：2.0-3.0g：6.0-9.0g：80mL：。

步骤(2)中，四氧化三铁核心的用量以氯化铁计，异丙醇铝和四氧化三铁核心的质量比为0.2-1.0：2.0-4.0，并溶于100-300mL乙醇中。

步骤(3)中，冰乙酸、壳聚糖和水的用量比为1.0-5.0mL：0.5-3.0g：500mL。

步骤(4)中，壳聚糖-乙酸溶液、纳米四氧化三铁-异丙醇铝乙醇溶液和环氧氯丙烷的用量比为30-60mL：100-300mL：5-15mL。

本发明还提供了一种壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂，所述壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂以纳米四氧化三铁为核、表面掺杂拟态薄水铝和交联壳聚糖。

该壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂是由权利要求1至5任一种方法制得。

有益效果：本发明提供方法制得的磁性复合吸附剂同时具有对阳离子和阴离子吸附的性能，吸附容量大、含水率高，具有磁性强、性质稳定、机械性能强等优势。

具体而言，本发明相对于现有技术，具有以下突出的优势：

(1)相对于现有技术，壳聚糖-拟态薄水铝掺杂磁性吸附剂在此发明中是第一次被提及。该吸附剂为壳核结构，其核心的磁性体为Fe₃O₄，表壳为交联壳聚糖和AlOOH掺杂物质；吸附剂中的纳米四氧化三铁表面富含羰基，其与壳聚糖配合，共同吸附水中的重金属离子，拟态薄水铝对水体中的氟离子具有较强的吸附效能；本发明巧妙复合三种材料能够有效去除水中的离子态污染物，具有较大的饱和磁化强度及比表面积特征，又因其物理磁性能够通过磁分离技术加快固水分离，减少吸附材料在水体中的流失。