[发明专利]一种磁性锂皂石复合聚合物重金属离子吸附剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种磁性锂皂石复合聚合物重金属离子吸附剂的制备方法，采用改良化学共沉淀法制备磁性纳米粒子，然后采用硅烷偶联剂KH570对其进行表面改性，得到KH570改性磁性纳米粒子，最后将KH570改性磁性纳米粒子、锂皂石、聚乙烯比咯烷酮和功能性单体进行共聚，制备具有有机‑无机双网络结构和多种重金属离子吸附基团的磁性锂皂石复合聚合物重金属离子吸附剂，饱和磁化强度为4～14 emu/g，剩磁和矫顽力均趋于零，具有顺磁性和磁响应性，吸水凝胶体的凝胶强度为5～20Pa.s，对于初始浓度为100～1000mg/L重金属离子水溶液，重金属离子吸附容量达到30～440mg/g，50～80min达到吸附平衡，再生循环利用5次后的重金属离子吸附容量超过第一次吸附容量的75%，可广泛应用于重金属离子吸附分离以及重金属离子污染治理等。

技术领域

本发明涉及一种磁性锂皂石复合聚合物重金属离子吸附剂的制备方法，本发明制备的磁性锂皂石复合聚合物重金属离子吸附剂适用于重金属离子的吸附及磁性分离，可广泛应用于重金属离子吸附、重金属离子分离提纯以及重金属离子环境污染治理等。

背景技术

随着全球工业化程度的提高，环境污染日趋严重，其中水污染严重影响了人们的生产生活，工业废水是水体主要的重金属污染源，许多工业过程，如电镀、制革、采矿、炼钢、染色等，会产生大量含重金属离子的废水，如Cd²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、As³⁺、Hg²⁺、Cr³⁺、Co²⁺和Co³⁺等，由于重金属不能被生物所降解，重金属离子的工业废水进入水体环境后，会引起水生生物中毒，并通过食物链在人体内富集，威胁到人体的健康，因此重金属在食物链中的过量富集会对自然环境和人体健康造成很大的危害。长期以来，重金属离子废水处理一直是世界性的难题。目前重金属离子的处理方法主要有化学沉淀法、溶剂抽提法、电解法、离子交换法、吸附法、膜过滤法等，吸附法以其吸附条件温和、适应性好、操作容易、处理周期短、吸附容量大、去除率高等优点而被广泛用于处理重金属废水。常用的吸附剂有炭质吸附剂、天然矿物吸附剂、天然高分子吸附剂、合成高分子吸附剂、高分子复合吸附剂等，这些吸附剂均存在固液分离难、回收分离难和易二次污染的缺点，因此大大限制其实际应用。

近年来，纳米材料和纳米技术的出现极大促进水处理技术的进步，磁性纳米材料因其高比表面积、丰富的活性点及高磁性等优点在重金属去除领域展现出巨大的应用潜力。磁性Fe3O4纳米吸附剂可以吸附水体中的重金属污染物，吸附完成后，在外部磁场的作用下通过磁性分离，实现吸附剂和母液的快速有效分离，较好解决常规吸附剂固液分离难和回收分离难的问题，然而，磁性纳米Fe₃O₄粒子也有一些自身不能克服的缺点，如裸露的磁性纳米 Fe₃O₄粒子在空气中不稳定，极易被氧化，在酸性环境中易腐蚀和团聚，进而失去纳米材料特有的性质，使其吸附效果与吸附选择性变差。为使Fe3O4磁性纳米材料能够更有效地吸附重金属离子,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、对重金属离子吸附性强的活性功能基团如氨基、羧基、巯基、羟基、磺酸基等，以减少团聚现象发生，使其具有良好的重金属离子吸附性、分散性、抗氧化性和耐酸碱性，但由于受到比表面积和活性功能基团不足的限制，导致Fe₃O₄磁性纳米吸附剂重金属离子吸附容量和吸附效率还有待提高。