[发明专利]一种海藻酸钠/壳聚糖季铵盐磁性吸附凝胶球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种海藻酸钠/壳聚糖季铵盐磁性吸附凝胶球及其制备方法和应用，以海藻酸钠和壳聚糖季铵盐为基材，溶于水中，加入NaCl和Fe₃O₄混合均匀，超声后得到复合溶液，将复合溶液滴加至氯化钙水溶液中反应，洗涤后烘干，制备成磁性吸附凝胶球；该凝胶球对电负性物质具有优异的吸附效果，通过外加磁场实现高效磁分离，并且可重复使用。该磁性凝胶球在电负性物质的分离与废水处理领域应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及化工材料技术领域，具体涉及一种海藻酸钠/壳聚糖季铵盐磁性吸附凝胶球及其制备方法和应用。

背景技术

化工生产中的许多中间产物和废液可以通过吸附的方法进行分离和处理。近年来，随着天然高分子的深入研究，其来源和活性基团丰富、资源可再生等优点逐渐体现，大量以天然高分子为基材的吸附剂被设计，但主要为阴离子型吸附剂。

阴离子型水凝胶对正电荷离子和染料的吸附性能优越，但部分重金属离子(如铬离子)和有机染料在环境中以带负电的形式存在，阴离子型水凝胶对此类重金属离子和有机染料吸附能力较差。目前快速发展的工业和一些污染事件致使一定量的铬废水进入水体之中。水体中的铬离子以负电铬酸根形式存在，会对水生动植物生长造成抑制，且具有强氧化性的Cr⁶⁺还是癌变诱因之一，同时铬离子难收集、难降解，在水体富集后对生态系统和人类健康产生一种巨大的威胁。处理铬污水的方法较多，包括吸附分离法、化学沉淀法、离子交换法、电化学方法和生物处理法等，各种方法各有优劣。其中，吸附分离法的适用范围大、反应速率快、环境危害性小、设备要求低，是目前最为实用的处理方法，而开发一种高效且环保的吸附剂是吸附分离法的重点之一。

此外，部分吸附剂在吸附、分离与重复使用的过程中存在破损的问题，破损的饱和吸附剂进入环境之中，还可能造成二次污染和难以全部收集，也急需解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种海藻酸钠/壳聚糖季铵盐磁性吸附凝胶球及其制备方法和应用，该方法以天然高分子多糖为基质，添加磁性材料制备得到阳离子型磁性吸附剂(即为磁性吸附凝胶球)。磁性材料扩大吸附剂比表面积的同时，还能使吸附凝胶球拥有磁性性质，利用外磁场的磁力作用，快速高效的将磁性吸附凝胶球从溶液中分离，减少吸附剂损失和避免二次污染。

为实现上述目的，本发明所设计一种海藻酸钠/壳聚糖季铵盐磁性吸附凝胶球，以海藻酸钠和壳聚糖季铵盐为基材，溶于水中，加入NaCl和Fe₃O₄混合均匀，超声除气泡后得到复合溶液，于搅拌下将复合溶液滴加至氯化钙水溶液中反应，洗涤后烘干，制备成磁性吸附凝胶球；其中，所述海藻酸钠用量为海藻酸钠与壳聚糖季铵盐总质量的40％～99％，壳聚糖季铵盐用量为海藻酸钠与壳聚糖季铵盐总质量的1％～60％。

进一步的，所述壳聚糖季铵盐为羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖；所述海藻酸钠和羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖的总质量体积浓度为0.05g·mL^-1。

再进一步的，所述复合溶液中，NaCl的浓度为2.5g·L^-1，Fe₃O₄的浓度为5.0g·L^-1。

再进一步的，所述CaCl₂溶液的体积与上述复合溶液体积相同，CaCl₂溶液浓度为1.0～5.0g·L^-1。

本发明还提供了一种海藻酸钠/壳聚糖季铵盐磁性吸附凝胶球的制备方法，包括以下步骤：

(1)将海藻酸钠和壳聚糖季铵盐添加到水中，加入NaCl以避免混合溶液出现沉淀，搅拌溶解后再加入Fe₃O₄；

(2)充分搅拌后超声处理，以除去气泡，得到复合溶液；