[发明专利]一种磁性壳聚糖复合吸附材料的制备及在染料废水处理中的应用

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种磁性壳聚糖复合吸附材料的制备方法，尤其涉及一种用季铵盐改性的磁性壳聚糖复合材料的制备；本发明同时还涉及该磁性壳聚糖复合吸附材料的吸附性能和在处理染料废水甲基橙中应用。

背景技术

水是人类所需的重要的自然资源。近年来，工业废水的排放造成水污染，特别是染料废水污染问题日趋严重。染料废水是加工棉、麻、化学纤维及其混纺产品为主的印染厂排出的废水。纺织印染废水具有水量大、有机污染物含量高、碱性大、水质变化大等特点，属难处理的工业废水之一，废水中含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、砂类物质、无机盐等。目前用于染料废水处理的方法有生物吸附法，共沉淀法，膜分离法，离子交换法，吸附法等，其中，吸附法操作简单、成本低、无毒且吸附材料具有再利用等优点。

壳聚糖是由甲壳素脱乙酰基得到的一种自然界中普遍存在的生物聚合物，结构中有大量的氨基和羟基，其氨基能够质子化，没有毒性，强的生物兼容性并且价格低廉，因此在染料废水处理方面具有广阔的应用前景。然而由于壳聚糖结构上的缺陷，其对于废水中染染料的吸附效果较差，而且不易分离和降解。为了提高壳聚糖对于染料的吸附性能，需要通过一定方式或改性剂对其进行改性。2,3-环氧丙基三甲基氯化铵是一种季铵盐，有强正电性，能够与阴离子染料的有色离子静电结合，从而达到去除染料的目的，因此可作为阴离子染料的吸附剂。然而，目前尚未见以2,3-环氧丙基三甲基氯化铵作为改性剂对壳聚糖进行改性以改善其吸附性能的研究报道。

发明内容

本发明的目的是针对天然壳聚糖在染料废水的处理中吸附容量低，吸附效果较差，吸附速度较慢，不易分离降解等问题，提供一种对于阴离子染料具有很好的吸附效果、而且易于分离的磁性壳聚糖复合吸附材料的制备方法；

本发明另一目的是提供该磁性壳聚糖复合吸附材料在吸附染料废水中阴离子染料的应用。

一、磁性壳聚糖复合吸附材料的制备

本发明磁性壳聚糖复合吸附材料的制备，是先采用化学共沉淀法制备四氧化三铁磁性纳米粒子，再利用正硅酸乙酯的水解反应将二氧化硅包覆在四氧化三铁表面，然后以戊二醛作为交联剂使壳聚糖与二氧化硅包覆的四氧化三铁发生交联反应制得磁性壳聚糖，最后经季铵盐改性磁性壳聚糖得到磁性壳聚糖复合吸附材料。其具体制备工艺如下：

（1）二氧化硅-四氧化三铁复合物的制备：将四氧化三铁纳米粒子超声分散于无水乙醇和蒸馏水的混合液中，加入正硅酸乙酯溶液及氨水溶液，反应10~24h，洗涤，干燥，得到二氧化硅-四氧化三铁复合物。

无水乙醇和蒸馏水的混合液中，蒸馏水和无水乙醇的体积比为1:2~1:4；四氧化三铁纳米粒子的粒径为径30~75nm；四氧化三铁纳米粒子与正硅酸乙酯的质量比为1:1.8~1:3.7；氨水溶液的质量浓度为15~25%；正硅酸乙酯与氨水的体积比为1:1~1:2。

（2）磁性壳聚糖的制备：将壳聚糖溶于醋酸溶液中，加入二氧化硅-四氧化三铁复合物搅拌均匀；加入交联剂，机械搅拌，得到的黑色凝胶状物质即为磁性壳聚糖。

醋酸溶液质量百分数0.5~1%；二氧化硅-四氧化三铁复合物与壳聚糖的质量比为1:1~1:2；交联剂为戊二醛，交联剂的加入量为壳聚糖质量的25~75%。

（3）磁性壳聚糖复合吸附材料的制备：将磁性壳聚糖分散于蒸馏水中，加入 2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，于50~80℃下反应12~24 h；依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，得到磁性壳聚糖复合吸附材料。

2,3-环氧丙基三甲基氯化铵与磁性壳聚糖的质量比为1:1~1:3。

二、磁性壳聚糖复合吸附材料的形貌表征

下面通过扫描电镜、红外光谱、XRD和热重对本发明磁性壳聚糖复合材料的结构、形貌等进行表征。

1、扫描电镜图

用JSM-5600LV扫描电镜观察喷金后样品的形貌。图1分别为四氧化三铁（a）、二氧化硅-四氧化三铁复合物（b）、磁性壳聚糖（c）和磁性壳聚糖复合吸附材料（d）的扫描电子显微照片。图（a）显示，四氧化三铁小颗粒团聚很严重；图（b）显示，二氧化硅-四氧化三铁复合物中，二氧化硅完全包覆了四氧化三铁颗粒，且具有较好的分散性；由图（c）中可以看出，交联剂将壳聚糖和磁性粒子交联在一起；图（d）可以知道，改性反应是在磁性壳聚糖的表面发生。

2、红外光谱分析