[发明专利]离子液体交联壳聚糖改性的沸石吸附材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合重金属离子的吸附材料，特别涉及一种离子液体交联壳聚糖改性的沸石吸附材料，属于环境保护和复合材料技术领域。

背景技术

近年来，重金属离子对人类的危害已经引起广泛的关注。重金属离子不仅有生物致毒性，难降解性，还能随着生物体迁移转化，在生物体内累积，对生物体有不可逆的伤害。为减少重金属污染对环境和人体健康的影响，必须采用某些手段以去除水中的重金属离子。除化学沉淀法、膜处理法、高级氧化法外，吸附法做为一种比较有效的方法也经常在重金属离子的去除方面得以应用。

高分子吸附材料能够选择性吸附溶液中的特定的分子或离子，具有比表面积和孔径大，吸附容量大、机械强度高和易再生等特点。常见的高分子吸附材料有纤维素、淀粉、离子交换树脂、壳聚糖等，其中又以壳聚糖应用较为广泛。

壳聚糖是一种高分子聚合物，壳聚糖分子内的氨基(-NH₂)和羟基(-OH)可以与重金属离子形成螯合化合物，壳聚糖这一特性使其对重金属离子有较好的吸附作用。壳聚糖作为吸附剂，具有来源广泛、无毒、易降解等特点，是一种环境友好型的高分子吸附剂。然而，壳聚糖的高成本、密度小、沉降速度缓慢等特性也限制了其在实际中的应用。为了提高壳聚糖的吸附能力及在实际中的应用，需对壳聚糖进行改性研究。

离子液体作为一种环境友好型溶剂，其独特的热稳定性，良好的电导率，低毒性等特点。离子液体在作为溶剂方面具有溶解性高、热稳定性高、易回收利用的特点。作为一种绿色溶剂，离子液体不仅能够促进壳聚糖的溶解，使壳聚糖在离子液体中形成均相稳定体系，同时离子液体对壳聚糖的某些化学反应也起到促进作用。另外，离子液体提高壳聚糖的溶解性，同时在壳聚糖和沸石及膨润土的改性中，提高其与无机材料的官能团的结合能力，提高了复合材料的稳定性。因此，离子液体常被用作促进壳聚糖溶解及改性等方面。专利CN102641727A，公开了一种基于咪唑型离子液体为溶剂体系制备胶原/壳聚糖复合微球的生物吸附的方法,以离子液体为溶剂将动物胶原和壳聚糖(一定质量比)溶解，制得胶原/壳聚糖混合溶液；然后，加入油相，利用反相悬浮法成球；持续搅拌并降至室温，再加入固化剂，形成胶原/壳聚糖复合凝胶球；其仅能吸附阳离子类的重金属离子，而且制备成本高、吸附量有限。

作为一种常用于重金属离子吸附方面的无机材料，沸石具有高比表面积、高吸附容量等吸附特性。硅氧四面体、铝氧八面体的空间结构使沸石表面具有负电性，负电性虽然是其对金属阳离子有较好的吸附性，但对阴离吸附子的吸附效果则较差。为了改善天然沸石的这种缺陷，常用不同的改性方法对天然沸石进行改性。天然沸石的原料来源也有限。经过热处理后形成的固体废弃物(粉煤灰，垃圾焚烧灰，烧结底泥等)由于与天然沸石的前体物质具有相似性，近年来，以其为原料制备高附加值的人工沸石并用于环保材料的研究受到了人们的极大关注。

由于废水中的重金属离子不是单一存在的，而多数只是研究了改性沸石对单一同种电性的金属离子的吸附效果，没有对复杂金属离子共存体系中沸石对不同重金属离子吸附差异性以及作用进行对比研究。制备一种成本低又能对多种重金属离子同时吸附的材料有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子液体交联壳聚糖改性的沸石吸附材料及其制备方法和应用，利用改性使有机无机材料结合，该种吸附材料的稳定性好、原料成本低、吸附性能显著提高，适合复合重金属离子废水的水处理，且处理操作简单，效果明显。

本发明采取的技术方案为：

离子液体交联壳聚糖改性的沸石吸附材料的制备方法：将壳聚糖与离子液体混合搅拌交联，将交联后的混合液加入液体聚乙二醇和环氧氯丙烷二次交联，二次交联后的混合液与沸石粉混合，再滴入氢氧化钠溶液中形成交联壳聚糖-沸石微球，微球经皂化制得吸附材料。

所述的离子液体交联壳聚糖改性的沸石吸附材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将壳聚糖与离子液体按重量比例1:3～8混合搅拌反应，使其二物质发生交联反应，得到一级交联的壳聚糖-离子液体溶液(CTS-IL)；

(2)将一级交联的壳聚糖-离子液体溶液加入液体聚乙二醇和环氧氯丙烷，三者质量比20～40:1:1，混合搅拌，进行造孔和再交联反应，得到二级交联的壳聚糖-离子液体溶液(CTS-IL)；

(3)将二级交联的壳聚糖-离子液体溶液与研磨好的粒径均匀的沸石粉按质量比1:2～3搅拌复合，复合后滴加到氢氧化钠溶液中，形成离子液体交联壳聚糖-沸石微球(CTS/IL/Z)；