[发明专利]一种壳聚糖基吸附剂的制备及其在重金属离子废水处理中的应用

说明书

本发明提供了一种可选择性分离水环境中重金属离子的壳聚糖基吸附剂，属于复合材料及水环境净化技术领域。本发明以壳聚糖、2‑丙烯酰胺基‑2‑甲基丙磺酸和丙烯酸为原材料，N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，利用辉光放电电解等离子体引发聚合在水溶液中一步制得壳聚糖基吸附剂。实验表明，本发明制备的壳聚糖基吸附剂对水体中Pb²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺和Ni²⁺具有较快的吸附速率、较高的吸附量，而且在Pb²⁺与Cd²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺共存下，该吸附剂可以选择性富集、分离和回收混合溶液中的Pb²⁺，因而是一种选择性分离水环境中铅的性能优异的吸附剂。同时，该吸附剂在EDTA‑4Na溶液中还可解吸和重复利用。

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖基吸附剂，尤其涉及一种选择性分离水环境中重金属离子的壳聚糖基吸附剂及其制备方法，属于复合材料及水环境净化技术领域。

背景技术

水是人类生存和发展必不可少的物质之一，然而，由于工农业的发展，水域中的重金属污染问题日渐凸显。水域中的重金属主要来源于化工、电镀、冶金、食品、皮革、印染等众多行业。废水中的有害重金属如镉、铅、镍、铜、锰、锌等直接排放会造成严重的环境污染并危害人体健康，因而如何除去废水中的重金属离子受到人们的广泛关注。重金属离子废水的处理方法包括电化学处理技术法、离子交换法、化学沉淀法、膜过滤法、吸附法等，其中利用吸附剂的独特结构去除废水中的重金属离子，因其成本低廉、操作简单、去除效果好等优点成为国内外研究的热点。

吸附材料决定吸附技术的优劣，理想的吸附材料应该具有吸附速率快、吸附容量大、吸附选择性高、可重复使用、价格低廉等特点。正因如此，近年来，重金属废水的吸附材料研究呈现两种特性：①研发价格低廉的吸附材料，包括工农业废弃物以及天然产物和矿物；②结构上的功能化来提高吸附性能，主要通过改性手段在材料表面引入特种功能团，如羟基、氨基、磺酸基、羧基等实现材料的功能化来提高材料对重金属离子的吸附量和吸附选择性等。如在粘土、碳纳米管表明引入功能化基团来制备有机-无机复合纳米吸附材料。但是，该类材料原料成本较高，合成方法复杂。

壳聚糖(Chitosan，CTS)是由自然界广泛存在的几丁质(Chitin)经过脱乙酰作用得到的产物，是由N-乙酰氨基葡萄糖单元和氨基葡萄糖单元组成的自然界唯一大量存在的碱性多糖。 CTS来源丰富，具有良好的生物相容性、生物可降解性和无毒性，是制备有机功能材料的首选环境友好原料。另外，CTS分子中含有大量的羟基(-OH)和氨基(-NH₂)，这些活性基团能够与重金属离子形成螯合作用，对重金属离子有很强的吸附能力。因而在废水处理、重金属富集和回收、负载金属催化剂制备等领域具有广阔的应用前景。但是，壳聚糖分子在酸性介质中不稳定，易溶解而造成流失，机械强度低、再生难等缺点，从而限制了其广泛应用。因此，提高稳定性和机械强度是壳聚糖改性研究的热点之一。

化学改性可以改善CTS分子的结构稳定性，如经过羧化、酰化及羟基化改性后引入-COOH、-OH、-NH₂、-SO₃H等基团，使其成为由天然多糖和合成高分子组成的具有三维网络结构的共聚物，从而赋予CTS新的结构和性能。最近，壳聚糖基共聚物的主要改性方法有化学引发法、辐射引发法、光引发法等。一般来说，化学引发由于加入了新的化学试剂而产生二次污染；辐射引发和光引发装置成本相对较高，后处理繁琐，而且能量损耗大，因而严重限制了其进一步推广使用。