[发明专利]一种重金属离子吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别涉及一种重金属离子吸附剂及其制备方法。

背景技术

重金属是指原子量在63.5和200.6之间的原子，它们的比重一般大于5.0g/cm³。重金属在环境中不可降解，而且往往在生物体内进行积累，因此重金属的治理备受关注。许多重金属离子已被证明有毒或是致癌物质。比如，摄入过量的铜将会带来了严重的中毒问题，如呕吐，痉挛，抽搐，甚至死亡；汞中毒的典型例子是水俣病；铅可引起中枢神经系统、肾脏，肝脏和生殖系统的损害。

水中重金属的去除方法有化学沉淀法、离子交换法、膜过滤、混凝-絮凝法、电化学方法及吸附法等。其中吸附法具有高效、廉价、方便等特点，被认为是去除水中重金属最有应用前景的方法。吸附法对重金属污染物的去除效果主要取决于吸附剂的结构和性质，因此寻找廉价，高效，易于实际应用的吸附剂是当前水处理研究的主要方向。

脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid，缩写为DNA)是一种引导生物发育与生命机能运作的分子，在中性条件下，DNA分子上的羧基电离，形成聚阴离子。这种聚阴离子可以和金属离子发生比较强的相互作用。DNA在动物体内含量丰富，而且，DNA没有毒性，因此有将其应用于去除水中重金属离子的研究。Zhao等(Changsheng Zhao,Ling Shi,Xingyi Xie,Shudong Sun,Xiangdong Liu,Motoyoshi Nomizu and Norio Nishi:Adsorption Science&Technology Vol.23No.52005,387-398)在聚砜微球表面涂布上一层DNA溶液薄膜，但是由于DNA分子是水溶性的，而且DNA和微球表面的作用力很弱，为了防止DNA在去除重金属离子过程中溶解在水中而流失，他们用紫外照射的方法使DNA发生聚合反应，使微球表面生成一层DNA膜包裹微球。这种方法的缺点是，由于聚合后的DNA为疏水性，水中的金属离子不能和DNA分子充分作用；而且，经过照射后发生聚合反应的DNA分子的构型已经发生变化，影响其和金属离子之间的螯合。因此这种微球去除金属离子的能力受到影响。据报道，这种离子吸附剂净化后的重金属离子残留浓度比较高，铅离子残留浓度达1.28mg/L，铜离子残留浓度达到2.38mg/L，都远远高于饮用水最大含量指标(Pb为0.015mg/L；Cu为1.3mg/L)。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种重金属离子吸附剂及其制备方法，所述重金属离子吸附剂能够有效、方便的去除水体中的重金属。

本发明公开了一种重金属离子吸附剂，包括：核、通过硅烷类化合物接枝于所述核上的聚酰胺-胺树状大分子和吸附于所述聚酰胺-胺树状大分子上的聚阴离子；

所述核为二氧化硅包覆的四氧化三铁。

优选的，所述聚酰胺-胺树状大分子和聚阴离子之间还包括，接枝于所述聚酰胺-胺树状大分子上的空间结构为球状的聚酰胺-胺树状大分子；

所述聚阴离子吸附于所述空间结构为球状的聚酰胺-胺树状大分子上。

优选的，所述聚阴离子为DNA或聚阴离子纤维素。

优选的，所述核、聚酰胺-胺树状大分子和空间结构为球状的聚酰胺-胺树状大分子的总质量与聚阴离子的质量比为1:1～20:1。

本发明还公开了一种重金属离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

将通过硅烷类化合物接枝上聚酰胺-胺树状大分子的核在含有聚阴离子的缓冲溶液中超声分散，然后静置，得到重金属离子吸附剂；

所述核为二氧化硅包覆的四氧化三铁。

优选的，所述接枝上聚酰胺-胺树状大分子的核的制备方法为：

将核与硅烷类化合物在有机溶剂中混合均匀后，进行反应，得到接枝上0代聚酰胺-胺树状大分子的核；

所述硅烷类化合物为3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷，N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷或氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷。

优选的，所述接枝上聚酰胺-胺树状大分子的核的制备方法还包括：

将0代聚酰胺-胺接枝的核经过迈克尔加成反应或酯基的酰胺化反应得到接枝上不同代数的聚酰胺-胺树枝状大分子的核。

优选的，接枝上聚酰胺-胺树状大分子的核超声分散前，还包括：将接枝上聚酰胺-胺树状大分子的核与空间结构为球状的聚酰胺-胺树枝状大分子在有机溶剂中避光反应。