[发明专利]一种复合纳米吸附材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种复合纳米吸附材料、制备方法及其应用，属于纳米材料领域。其制备方法包括如下步骤：纳米颗粒的制备；纳米颗粒的制备；的复合纳米吸附材料制备。本发明通过将纳米磁性离子与壳聚糖结合，利用壳聚糖具有较高的比表面积，可以提高复合纳米吸附材料的吸附效率。且材料吸附重金属离子以后，可以在低磁场下快速的回收，然后经过清洗重金属离子后，可循环使用；另外，通过对壳聚糖进行改性、交联，提高壳聚糖疏水性，降低其在酸性环境下的水解程度，回收利用时的性能稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，尤其是一种复合纳米吸附材料、制备方法及其应用。

背景技术

重金属污染已经成为世界范围内的一大亟待解决的环境问题。重金属污染物来源广泛、具有很强的生物毒性且易在生物体内积蓄，不能自然降解，使人和牲畜永久性中毒。对于渔业，由于重金属会在鱼类体内富集；对于农业，灌溉用水中的重金属会影响作物的正常生长，并富集在作物的根、茎、果实等器官，食用被该类渔、农产品同样会损害人畜的健康。水生动植物所摄入的重金属离子会通过食物链的作用迅速富集，威胁到了整个生态系统。

目前利用磁性纳米材料对重金属离子进行选择性的吸附重金属离子在环保领域获得了很好的应用前景，尤其是磁性纳米Fe₃O₄颗粒。因其具有比表面积大、表面活性高、稳定性好、易分离、制备简便价廉等优点被广泛应用于废水中重金属的去除。然而，裸露的磁性纳米Fe₃O₄颗粒在空气中易被氧化成Fe₂O₃；另外，纯相磁性纳米Fe₃O₄颗粒的磁偶极相互作用使其易团聚，不仅导致吸附效果与吸附选择性变差，还容易被降解和腐蚀。为使磁性纳米Fe₃O₄材料能够更有效、选择性更强地吸附重金属离子，必须对其进行保护和改性修饰，在其表面引入化学稳定性强的活性官能团，以减少团聚现象发生，使其具有良好的分散性、抗氧化性和耐酸碱性。

壳聚糖是天然多糖甲壳素的衍生物，可以作为一种性能优良的新型水处理材料。壳聚糖分子链上的自由氨基使其呈现出弱碱性，其为自然界中唯一存在的碱性多糖。壳聚糖分子链上分布着大量羟基和氨基，还有少量的乙酰基，壳聚糖表面的大量羟基和氨基可快速地络合重金属离子，而较大的比表面积也赋予了它可观的吸附容量，这些特性使得壳聚糖可用于重金属离子的回收，在水处理方面发挥着极其重要的作用。

有许多研究人员试图在使磁性纳米Fe₃O₄材料的表面嫁接修饰壳聚糖，以提高避免磁性纳米Fe₃O₄材料团聚现象发生，同时，兼具两者对重金属的吸附能力。磁性纳米Fe₃O₄材料表面不存在与壳聚糖发生交联的官能团，因此需要引入一层中间壳体，其中由于SiO₂表面具有丰富的-OH官能团，因此便于进一步的接枝修饰和官能化。然后在后续实际处理过程中，由于汞离子、铜离子、铬离子等重金属离子均为弱碱盐，所以含有重金属离子的工业废水大多为弱酸性，表面嫁接修饰壳聚糖的磁性纳米Fe₃O₄材料的在使用过程中容易发生水解，大大降低其二次使用时对重金属离子的吸附能力。

发明内容

发明目的：提供一种复合纳米吸附材料、制备方法及其应用，以解决上述背景技术中所涉及的问题。

技术方案：一种复合纳米吸附材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、纳米颗粒的制备：将和按照摩尔份数比1:（0.5～0.8）的比例混合、并溶解于去离子水中，再将氨水滴加到混合溶液中，调节pH至9～11，在惰性气体的保护下，剧烈搅拌，至混合溶液由橙红色变为黑色后，继续反应15～30min，离心得到黑色粉末，使用去离子水反复清洗至中性，在70～90℃的真空环境下干燥，即可得到纳米颗粒。