[发明专利]一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。本发明以磁性碳球为核壳结构的磁性微球吸附剂的内核，能够使吸附剂易于回收；本发明通过在磁性纳米粒子表面包裹碳，形成磁性碳球，由于碳具有稳定的电负性，有利于后续壳聚糖在碳层表面逐层组装，提供交联骨架；以蒙脱石纳米片为壳体，能够使蒙脱石纳米片的吸附活性点充分暴露，进而提高吸附剂的吸附性能。实施例数据表明，本发明提供的核壳结构的磁性微球吸附剂对亚甲基蓝和铅离子的同步去除率高，在40min内去除率已达90％。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

重金属和有机污染物遍存在于染料和医药等生产过程排放的废水中，复合污染毒性强，其协同处理使传统废水处理设施运行负荷高。若能同步去除，能有效削减工程投资成本和废水处理效能，降低运行费用。吸附技术因其成本低廉、操作便捷及污染物高效去除等优势被认为是重金属和有机污染物同步治理的首选，其核心技术是新型功能性吸附材料的研发。

蒙脱石(来源于粘土矿物膨润土)具有高离子交换量和可塑性强的层间结构，为废水中重金属和有机污染物的去除提供了纳米级的化学反应场所，且价格低廉，是替代活性炭的良好吸附介质，但有限的层间域限制了其对有机污染物的吸附容量。壳聚糖具有成本低、无毒、可生物降解和独特的聚阳离子结构等特性，是阴离子有机污染物和电负性重金属络合物的天然吸附剂及其骨架支撑材料，但其稳定性受pH影响大，在水体中不易回收。

电位诱导组装是利用壳聚糖表面电正性与天然粘土矿物表面电负性的相互吸引作用进行逐层组装来制备壳聚糖蒙脱石复合吸附剂，壳聚糖蒙脱石复合吸附剂的分子构型通常呈片状砖混结构。片状砖混结构使材料具备了良好的抗拉强度和断裂伸长率，但大量的吸附活性点位被用于层状结构搭建致使其吸附性能下降。因此，亟需一种微球吸附剂能够使其在应用于废水处理时解决吸附性能低效和难于回收的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核壳结构的磁性微球吸附剂及其制备方法和应用，本发明提供的核壳结构的磁性微球吸附剂在用于处理废水时具有高效和易回收的优势。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种核壳结构的磁性微球吸附剂，包括磁性纳米粒子、包裹于所述磁性纳米粒子表面的碳、交联包覆于所述碳表面的壳聚糖和包覆于所述壳聚糖表面的蒙脱石纳米片；

各组分的含量为：碳20～35wt％、壳聚糖20～30wt％、蒙脱石纳米片35～55wt％和余量的磁性纳米粒子。

优选地，所述蒙脱石纳米片的厚度为1.5～3.5nm。

优选地，所述磁性纳米粒子包括Fe₃O₄、纳米银或γ-Fe₂O₃。

优选地，所述磁性纳米粒子的粒径为3nm～10nm。

本发明还提供了上述技术方案所述核壳结构的磁性微球吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将磁性纳米粒子与碳源溶液混合，进行水热反应，得到磁性碳球；

(2)将所述步骤(1)得到的磁性碳球与壳聚糖溶液混合，进行逐层组装，得到磁性球状壳聚糖微球；

(3)将所述步骤(2)得到的磁性球状壳聚糖微球与蒙脱石纳米片溶液混合，进行交联反应，得到核壳结构的磁性微球吸附剂。

优选地，所述步骤(1)中的磁性纳米粒子与碳源溶液中的碳源的质量之比为(1～5):10。

优选地，所述步骤(2)中的壳聚糖溶液的电位为3～15mV。