[发明专利]一种聚多巴胺包裹壳聚糖-氢氧化钴凝胶球及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚多巴胺包裹壳聚糖‑氢氧化钴凝胶球及其制备方法和应用，属于水中污染物去除技术领域。本发明通过掺杂氢氧化钴对壳聚糖的骨架进行修饰，形成壳聚糖‑氢氧化钴凝胶球，显著提高了壳聚糖的机械强度以及壳聚糖在酸性溶液中的稳定性，同时将聚多巴胺包裹在壳聚糖‑氢氧化钴凝胶球的外层进一步增强了凝胶球内核(壳聚糖‑氢氧化钴)的机械强度和稳定性，因此所制备的CS‑Co/PDA凝胶球容易与水分离且能保持稳定。本发明制备的聚多巴胺包裹壳聚糖‑氢氧化钴凝胶球中，表现出高效去除废水中Cr(VI)且可重复使用的优异性能，在常温下对六价铬的最大吸附量为672.7mgL^‑1。

技术领域

本发明涉及水中污染物去除技术领域，尤其涉及一种聚多巴胺包裹壳聚糖-氢氧化钴凝胶球及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的快速发展，金属电镀、纺织和采矿工业将含有重金属离子的废水大量排放到自然环境中。重金属离子具有溶解性、流动性、生物积累性和不可生物降解性，因此，重金属的污染会导致人类的健康面临重大威胁。铬(Cr)是世界卫生组织认证的具有高度威胁的10种主要化学污染物之一，主要以Cr(III)和Cr(VI)两种形式存在。Cr(VI)的毒性是Cr(III)的500倍，且会通过食物链进行生物累积，即使在低浓度下也会对人体造成危害。世界卫生组织规定地表水中Cr(VI)的浓度上限为0.1mg L^-1，饮用水中Cr(VI)的浓度上限为0.05mg L^-1。然而，通常工业废水中Cr(VI)的浓度超过会100mg L^-1。因此，将工业废水中Cr(VI)的浓度降低到允许排放到环境中的浓度水平是刻不容缓的。

目前，去除Cr(VI)的方法包括电化学沉淀、还原、吸附、光催化和絮凝等，其中，吸附法具有操作简单、效率高和可再生利用等优势。然而，目前被报道的吸附剂在污水处理时面临的挑战是：1)吸附剂难以与废水分离，不能从废水中完全回收，容易导致二次污染；2)需要在高温或低温的条件下才具有对Cr(VI)的高吸附能力；3)吸附能力受废水中众多竞争组分的干扰，不适合在废水中的应用。

壳聚糖是一种碱性聚合物多糖，由于其无毒，成本低，生物相容性好且含有大量的氨基和羟基官能团，是天然的Cr(VI)吸附剂。而且，壳聚糖与氢氧化钠溶液接触后容易凝结，形成球状凝胶，能避免粉末状的吸附剂面临的分离和回收的问题。但是，壳聚糖的机械强度差，在酸性条件下不稳定，且对Cr(VI)的吸附效果有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚多巴胺包裹壳聚糖-氢氧化钴凝胶球及其制备方法和应用，所述聚多巴胺包裹壳聚糖-氢氧化钴凝胶球具有高机械性能和优异的稳定性，且对Cr(VI)的吸附效果好。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种聚多巴胺包裹壳聚糖-氢氧化钴凝胶球，包括壳聚糖-氢氧化钴凝胶球和包裹于所述壳聚糖-氢氧化钴凝胶球表面的聚多巴胺，所述壳聚糖-氢氧化钴凝胶球中，氢氧化钴掺杂于壳聚糖的骨架结构中。

本发明提供了上述技术方案所述聚多巴胺包裹壳聚糖-氢氧化钴凝胶球的制备方法，包括以下步骤：

将二价钴盐、壳聚糖和乙酸水溶液混合，将所得混合溶液滴入强碱溶液，得到壳聚糖-氢氧化钴凝胶球；

将所述壳聚糖-氢氧化钴凝胶球、盐酸多巴胺和Tris缓冲液混合，进行自聚合，得到聚多巴胺包裹壳聚糖-氢氧化钴凝胶球。

优选的，所述壳聚糖的分子量为30000～1000000；粘度为100～400mPa·s；所述二价钴盐包括硝酸钴、氯化钴、醋酸钴或硫酸钴；所述乙酸水溶液的体积浓度为0.1～5％。

优选的，所述二价钴盐在乙酸水溶液中的浓度为0.05～1mg·mL^-1；所述壳聚糖在乙酸水溶液中的浓度为0.05～1mg·mL^-1。