專利名稱：磁性殼聚糖納米微粒的制備及其處理重金屬廢水的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種磁性殼聚糖納米微粒的制備及其處理重金屬廢水的方法。
背景技術：
殼聚糖是性能優(yōu)異的天然高分子材料之一，殼聚糖前體甲殼素廣泛存在于蝦蟹等甲殼類動物，是世界上僅次于纖維素的第二大類天然高分子化合物。殼聚糖是甲殼素脫乙酰基化產物，分子鏈中含有活性基團-NH2和-0H，具有良好的絡合作用，能夠絡合水體中的重金屬離子。但是殼聚糖在實際應用中也存在著不足之處，首先弱的化學抵抗力和機械強度限制了殼聚糖凝膠納米微粒的應用，其次污染物經吸附脫除后，很難有效快速地從水體中分離。近年來，磁分離技術已被應用到水處理行業(yè)中，它是借助磁場力的作用，對不同磁性物質進行分離的一種技術，具有處理量大、液固分離效率高且占地面積小等優(yōu)點。殼聚糖本身不具有磁性，將殼聚糖與磁性物質!^e3O4有機結合，形成以磁性物質為核，殼聚糖為殼的所謂核殼結構，從而實現對材料的磁性化，進而采用磁分離技術達到快速分離的目的，同時，磁性材料的加入，也加強了殼聚糖納米微粒的機械穩(wěn)定性。此外，磁性殼聚糖納米微粒在一定條件下還可再生并回收再利用，使得其在水處理行業(yè)中更具應用前

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種磁性殼聚糖納米微粒的制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種磁性殼聚糖納米微粒處理重金屬廢水的方法。—種磁性殼聚糖納米微粒的制備方法，按照如下步驟進行(1)將殼聚糖溶于IOOmL乙酸溶液中，制成殼聚糖乙酸溶液，然后將三價鐵鹽和二價鐵鹽溶于殼聚糖乙酸溶液中，攪拌l_4h使其混合均勻，并放置0. 3-2小時；(2)將乙酸乙酯加入到質量分數為30%的NaOH溶液中，混合均勻，制成含乙酸乙酯的NaOH溶液；(3)將步驟(1)所得溶液用注射器緩緩滴入到含乙酸乙酯的NaOH溶液中，緩慢攪拌l_5h，使殼聚糖凝膠納米微粒固化，將剩余含乙酸乙酯的NaOH溶液倒掉，形成的微粒用去離子水重復洗滌，一直到洗液成中性為止，得到磁性殼聚糖納米微粒，將磁性殼聚糖納米微粒置于去離子水中保存?zhèn)溆谩２襟E⑵所加乙酸乙酯與質量分數為30%的NaOH溶液的體積比為(1_10) 50。步驟⑴所加三價鐵鹽與二價鐵鹽的摩爾比為(1-4) 1。一種磁性殼聚糖納米微粒處理重金屬廢水的方法，將含Cu2+廢水溶液放入容器中，加入磁性殼聚糖納米微粒，攪拌或振蕩414h。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的磁性殼聚糖納米微粒制備方法簡單，整個反應過程在溫和條件下即可完成，所用原料價廉易得，對外界環(huán)境條件無特殊要求，占用空間小；相對于殼聚糖，磁性殼聚糖納米微粒機械強度高，并且磁分離技術可以達到快速分離的目的； 相對于重金屬的現有處理技術，本發(fā)明所制備材料成本較低，且不存在二次污染。


圖1純的狗304與磁性殼聚糖納米微粒的XRD圖；圖中，1-狗304、2_磁性殼聚糖納米微粒。圖2磁性殼聚糖納米微粒吸附Cu2+的性能。圖3不同初始pH值下磁性殼聚糖納米微粒吸附容量的變化圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。實施例1磁性殼聚糖納米微粒的制備方法，按照如下步驟進行(1)將2g殼聚糖溶于IOOmL乙酸溶液中，制成殼聚糖乙酸溶液，然后將2. 7g Fecl30 6H20和2.8g FeSO4. 7H20(摩爾比1 1)溶于殼聚糖乙酸溶液中，攪拌Ih使其混合均勻，并放置0.3小時；(2)將6mL乙酸乙酯加入到300mL質量分數為30%的NaOH溶液中，混合均勻，制成含乙酸乙酯的NaOH溶液；(3)將步驟(1)所得溶液用注射器緩緩滴入到含乙酸乙酯的NaOH溶液中，緩慢攪拌lh，使殼聚糖凝膠納米微粒固化，將剩余含乙酸乙酯的NaOH溶液倒掉，形成的微粒用去離子水重復洗滌，一直到洗液成中性為止，得到磁性殼聚糖納米微粒，將磁性殼聚糖納米微粒置于去離子水中保存?zhèn)溆?。實施?磁性殼聚糖納米微粒的制備方法，按照如下步驟進行(1)將4g殼聚糖溶于IOOmL乙酸溶液中，制成殼聚糖乙酸溶液，然后將5. 4g Fecl30 6H20和2.8g FeSO4. 7H20(摩爾比2 1)溶于殼聚糖乙酸溶液中，攪拌濁使其混合均勻，并放置0.5小時；(2)將7. 5mL乙酸乙酯加入到300mL質量分數為30%的NaOH溶液中，混合均勻， 制成含乙酸乙酯的NaOH溶液；(3)將步驟(1)所得溶液用注射器緩緩滴入到含乙酸乙酯的NaOH溶液中，緩慢攪拌3h，使殼聚糖凝膠納米微粒固化，將剩余含乙酸乙酯的NaOH溶液倒掉，形成的微粒用去離子水重復洗滌，一直到洗液成中性為止，得到磁性殼聚糖納米微粒，將磁性殼聚糖納米微粒置于去離子水中保存?zhèn)溆?。將樣品于真空干燥箱?0°C條件下干燥，干燥的樣品進行XRD分析，并與純的 Fe3O4的XRD圖進行比較，結果如圖1所示。實施例3磁性殼聚糖納米微粒的制備方法，按照如下步驟進行(1)將6g殼聚糖溶于IOOmL乙酸溶液中，制成殼聚糖乙酸溶液，然后將10. 8gFecl3o 6H20和2.8gFeS04. 7H20(摩爾比4 1)溶于殼聚糖乙酸溶液中，攪拌4h使其混合均勻，并放置2小時；(2)將30mL乙酸乙酯加入到300mL質量分數為30%的NaOH溶液中，混合均勻，制成含乙酸乙酯的NaOH溶液；(3)將步驟(1)所得溶液用注射器緩緩滴入到含乙酸乙酯的NaOH溶液中，緩慢攪拌5h，使殼聚糖凝膠納米微粒固化，將剩余含乙酸乙酯的NaOH溶液倒掉，形成的微粒用去離子水重復洗滌，一直到洗液成中性為止，得到磁性殼聚糖納米微粒，將磁性殼聚糖納米微粒置于去離子水中保存?zhèn)溆谩嵤├?磁性殼聚糖納米微粒用于Cu2+的吸附去除研究將實施例2所制備的磁性殼聚糖納米微粒用于Cu2+的吸附去除研究，其實驗步驟如下(1)分別配制初始濃度為50和100mg/L的Cu2+溶液，以20mL試劑瓶為反應器，每個反應瓶中加入15mL Cu2+水溶液及0. 4g制備的磁性殼聚糖納米微粒(重量為濕重，首先磁性殼聚糖納米微粒置于六張濾紙上吸水:3min，濾紙吸掉納米微粒的表面水分，并立即置于電子天平上稱重)，將反應瓶密封后置于臺式恒溫振蕩培養(yǎng)箱中反應。振蕩箱溫度設為 25°C，轉速設為150rpm。(2)于不同時間取樣，將樣品用0.22 μ m的微孔濾膜過濾后，采用原子吸收法分析剩余Cu2+的濃度。(3)配制初始濃度為100mg/L的Cu2+溶液，調節(jié)其初始pH值分別為3、4、5、5.6，以 20mL試劑瓶為反應器，每個反應瓶中加入15mL Cu2+水溶液及0. 4g制備的磁性殼聚糖納米微粒(重量為濕重，首先磁性殼聚糖納米微粒置于六張濾紙上吸水3min，濾紙吸掉納米微粒的表面水分，并立即置于電子天平上稱重)，將反應瓶密封后置于臺式恒溫振蕩培養(yǎng)箱中反應。振蕩箱溫度設為25°C，轉速設為150rpm，反應12h，反應達平衡，測定溶液中剩余Cu2+ 濃度。附圖2給出了不同初始濃度下，磁性殼聚糖納米微粒吸附容量隨時間的變化曲線。從圖中可以看出，吸附容量隨著時間增加而增加；在前池內，磁性殼聚糖納米微粒吸附速度很快，吸附容量達到飽和吸附容量50%左右；吸附時間為1 時，吸附過程基本達到平衡。通過對吸附數據進行動力學擬合，可用擬二級動力學方程描述該吸附過程。附圖3給出了不同初始PH值下磁性殼聚糖納米微粒吸附容量的變化圖?？梢钥闯?，在PH值為3-5. 6時，磁性殼聚糖納米微粒的吸附容量隨著體系pH值的增加而增加。實施例5磁性殼聚糖納米微粒處理重金屬廢水的方法，將含Cu2+廢水溶液放入容器中，加入磁性殼聚糖納米微粒，攪拌或振蕩414h。
權利要求
1.一種磁性殼聚糖納米微粒的制備方法，其特征在于，按照如下步驟進行(1)將殼聚糖溶于乙酸溶液中，制成殼聚糖乙酸溶液，然后將三價鐵鹽和二價鐵鹽溶于殼聚糖乙酸溶液中，攪拌l-4h使其混合均勻，并放置0. 3-2小時；(2)將乙酸乙酯加入到質量分數為30%的NaOH溶液中，混合均勻，制成含乙酸乙酯的 NaOH溶液；(3)將步驟(1)所得溶液用注射器緩緩滴入到含乙酸乙酯的NaOH溶液中，緩慢攪拌 l_5h，使殼聚糖凝膠納米微粒固化，將剩余含乙酸乙酯的NaOH溶液倒掉，形成的微粒用去離子水重復洗滌，一直到洗液成中性為止，得到磁性殼聚糖納米微粒，將磁性殼聚糖納米微粒置于去離子水中保存?zhèn)溆谩?br> 2.根據權利要求1所述一種磁性殼聚糖納米微粒的制備方法，其特征在于，步驟(2)所加乙酸乙酯與質量分數為30%的NaOH溶液的體積比為(1-10) 50。
3.根據權利要求1所述一種磁性殼聚糖納米微粒的制備方法，其特征在于，步驟(1)所加三價鐵鹽與二價鐵鹽的摩爾比為(1-4) 1。
4.一種磁性殼聚糖納米微粒處理重金屬廢水的方法，其特征在于，將含Cu2+廢水溶液放入容器中，加入磁性殼聚糖納米微粒，攪拌或振蕩414h。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于材料制備技術領域的一種磁性殼聚糖納米微粒的制備及其處理重金屬廢水的方法。該方法首先稱取二價鐵鹽和三價鐵鹽，作為制備磁性材料的原料，溶解后分散在殼聚糖乙酸溶液中，然后將混合液通過注射器滴入堿液中，形成的磁性殼聚糖微粒具有殼聚糖-納米四氧化三鐵核殼結構，是一種吸附性能優(yōu)異的納米生物吸附材料。本制備方法簡單、易于操作。該方法制備的納米生物吸附材料用于重金屬廢水的處理。
文檔編號B01J20/24GK102258981SQ20111014116
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權日2011年5月27日
發(fā)明者王建龍, 陳玉偉 申請人:清華大學