本發(fā)明涉及一種殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球吸附劑的制備方法及應(yīng)用，屬于吸附劑技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)快速且高度發(fā)展，隨之帶來的環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，其中水環(huán)境的污染問題更是愈發(fā)突出。由于現(xiàn)代工業(yè)中醫(yī)藥、冶金、化工、印染、機(jī)械等行業(yè)廢水的大量排放，導(dǎo)致各類水體中的重金屬含量日益增加。重金屬進(jìn)入環(huán)境后經(jīng)過長期累積，再通過食物鏈在生物體內(nèi)富集，這將會對生物及人體健康造成極其嚴(yán)重的威脅。因此，去除水中的重金屬，對保障人體健康具有非常重要的意義。

殼聚糖可以作為金屬離子的富集劑，能夠有效地去除工業(yè)廢水中有毒的重金屬離子。殼聚糖及其衍生物作為一種天然高分子材料的吸附劑，因其來源廣泛、無毒、易降解、易回收等特點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域得到高度重視和廣泛研究，發(fā)展很快。但殼聚糖材料具有表面積小、孔隙率低等缺點(diǎn)，需要研究完善。

通過研究各種具有特定形貌和結(jié)構(gòu)的納米材對飲用水或廢水中有毒離子或有機(jī)污染物去除效果，fe，ti類的化合物納米材料，其具備價(jià)格低廉，原料豐富，環(huán)境友好等特性，因此，本發(fā)明采用溫和條件，將有機(jī)高分子-無機(jī)復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)分子級復(fù)合制備出殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球，該材料提高了殼聚糖的表面積及離子交換容量，在水處理工程中，可作為一種安全高效的重金屬吸附劑

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種安全高效、環(huán)境友好的三維高分子殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球的制備方法與應(yīng)用。

本發(fā)明合成的三維高分子殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球具有易分離、吸附容量高、可重復(fù)使用的優(yōu)良性能。

本發(fā)明提供制備殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球的方法，包括下述步驟：

(1)鐵鈦化合物的制備：

將異丙醇鈦和十二胺溶于乙二醇溶劑中，攪拌6-10h后加入七水合硫酸亞鐵，攪拌至溶解，得到溶液a；將水和丙酮按體積比1:60-1:70混合均勻得到溶液b；將溶液a加入溶液b中繼續(xù)攪拌3-6h后，離心分離得到固體產(chǎn)物，用乙醇洗滌數(shù)次后，40～90℃真空干燥8-12h，得到鐵鈦化合物；

(2)復(fù)合材料微球的制備：

將殼聚糖溶解在質(zhì)量百分比濃度為0.1％-1％的醋酸水溶液中，然后加入步驟(1)中制得的鐵鈦化合物，繼續(xù)攪拌1-3h后得到溶液d；將溶液d滴加至質(zhì)量百分比濃度為0.5％-2％的氫氧化鈉溶液中，得到球狀顆粒(優(yōu)選直徑為2-4mm)，然后將球狀顆粒用蒸餾水反復(fù)洗滌至ph為中性后，30-40℃干燥后，再冷凍干燥12～24h得殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合材料微球。

上述步驟(1)中異丙醇鈦與七水合硫酸亞鐵的摩爾比為5:1-2:1；異丙醇鈦與十二胺的摩爾比優(yōu)選為7:1-5:1。

上述步驟(1)中異丙醇鈦與乙二醇的體積比為1:30-1:50；乙二醇與溶液b體積比為1:2-1:3。

上述步驟(2)中所述殼聚糖在醋酸水溶液中濃度為15～25g/l；鐵鈦化合物與殼聚糖的質(zhì)量比為1:1-1:6；溶液d與氫氧化鈉溶液的體積比優(yōu)選為1:1-1:2。

本發(fā)明得到的殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球主體結(jié)構(gòu)由殼聚糖支撐且呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，球形的鐵鈦化合物微球比較均勻的分散在殼聚糖內(nèi)部，feti納米微粒平均直徑約為500-600nm。

本發(fā)明提供了一種利用殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球吸附劑吸附水體中重金屬的應(yīng)用，作為優(yōu)選，所述重金屬離子包括鉛離子、鎘離子或銅離子。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備的殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球吸附劑，具有以下積極效果：

本發(fā)明采用生物高分子材料殼聚糖與鐵鈦化合物復(fù)合，制備得到具有三維核-殼結(jié)構(gòu)的殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球吸附劑，可以實(shí)現(xiàn)以下兩方面的優(yōu)化。一方面，使用殼聚糖為基材，實(shí)現(xiàn)了廉價(jià)生物材料的高效利用，易于分離，避免了對環(huán)境的二次污染；另一方面，殼聚糖與鐵鈦化合物復(fù)合后，形成三維多孔結(jié)構(gòu)，提高了吸附劑的比表面積，增加了有效功能基團(tuán)，從而增加了吸附劑對重金屬的吸附能力。

附圖說明

圖1為殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球的電鏡圖；

圖2為殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球?qū)︺U離子的吸附容量圖。

具體實(shí)施方式

下面提供本發(fā)明制備方法及應(yīng)用的具體實(shí)施例

實(shí)施例1

(1)取2ml異丙醇鈦和0.185g十二胺溶于80ml乙二醇中，攪拌8h后加入0.46g七水合硫酸亞鐵，繼續(xù)攪拌至其溶解，得到溶液a。然后量取170ml丙酮和2.7ml水混合均勻得到溶液b，將a溶液倒入b中并攪拌3h后，離心分離得到固體產(chǎn)物，用乙醇洗滌數(shù)次，40～90℃真空干燥8-12h，得到鐵鈦化合物；

(2)取1.2g殼聚糖溶解在60ml1％的醋酸水溶液中，攪拌24h后，加入0.2g鐵鈦化合物，繼續(xù)攪拌2h后滴加至100ml濃度為1％的氫氧化鈉溶液中，得到直徑為2-4mm的球狀顆粒，然后將球狀顆粒用蒸餾水反復(fù)洗滌至ph為中性后，30℃干燥后再冷凍干燥12h得殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球。

吸附性能測試：用pb(no3)2作為毒性離子前驅(qū)體，配制得到不同濃度的鉛離子溶液，濃度分別為10，20，50，100和200mg·l-1。分別量取不同濃度20ml的pb²⁺的水溶液，然后向其中將加入20mg殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球。室溫下攪拌12h后，對混合液進(jìn)行固液分離，收集清液。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜檢測溶液中pb²⁺濃度。根據(jù)吸附前后重金屬離子溶度差，計(jì)算得吸附劑對pb²⁺的最大吸附量為17.8mg/g。

實(shí)施例2

具體制備過程同實(shí)施例1，但步驟(2)中鐵鈦添加量為0.4g。

吸附性能測試過程同實(shí)施例1。該吸附劑對相應(yīng)溶液中鉛離子的最大吸附量為35.6mg/g。

實(shí)施例3

具體制備過程同實(shí)施例1，但步驟(2)中鐵鈦添加量為0.6g。

掃描電鏡測試：將上述制備的殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球進(jìn)行掃描電鏡測試，其測試結(jié)果如圖1所示。

圖1顯示了本實(shí)施例中鐵鈦添加量為0.6g的殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球顆粒的掃描電鏡圖，從圖中可以看出殼聚糖-鐵鈦化合物復(fù)合微球主體結(jié)構(gòu)由殼聚糖支撐且呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，球形的鐵鈦化合物微球比較均勻的分散在殼聚糖內(nèi)部，feti納米微粒平均直徑約為400-500nm。

吸附性能測試過程同實(shí)施例1。該吸附劑對相應(yīng)溶液中鉛離子的最大吸附量為42.3mg/g。

實(shí)施例4

具體制備過程同實(shí)施例1，但步驟(2)中鐵鈦添加量為0.8g。

吸附性能測試過程同實(shí)施例1。該吸附劑對相應(yīng)溶液中鉛離子的最大吸附量為66.4mg/g。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種殼聚糖?鐵鈦化合物復(fù)合吸附劑的制備方法及應(yīng)用，屬于吸附劑技術(shù)領(lǐng)域。其具體步驟如下：(1)鐵鈦化合物的制備；(2)復(fù)合材料微球的制備；步驟(1)中采用異丙醇鈦和七水合硫酸亞鐵為原料，將異丙醇鈦加到有機(jī)溶劑中，攪拌至勻后加入七水合硫酸亞鐵，將溶解均勻的溶液快速加入到丙酮?水的混合溶液中，攪拌至沉淀均勻穩(wěn)定，靜置，將沉淀洗滌后經(jīng)真空干燥至恒重；將步驟(1)中制得的鐵鈦化合物加入到殼聚糖醋酸溶液中，攪拌均勻后滴加到氫氧化鈉溶液中，洗滌，冷凍干燥后得殼聚糖?鐵鈦化合物復(fù)合微球。該方法制備的微球吸附顆粒具有易分離、吸附容量高、可重復(fù)使用的特性，可作為一種新型的吸附劑應(yīng)用于水處理工程中。

技術(shù)研發(fā)人員：孫治榮;張珂;王雪云
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.16
技術(shù)公布日：2017.08.15