专利名称：一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料及其制备方法，具体涉及利用纳米细菌纤维素负载在在改性淀粉微球上制得的一种新型的材料，属于水净化处理领域。
背景技术：
铝，一种人们最常用的金属之一，它的危害虽已被大多数人所热知，但未受到足够的重视。研究证实，食品中含铝量过高，将导致人的早期衰老，铝在脑中积蓄可引起大脑神经的退化，记忆力衰退，智力和性格也会受到影响，甚至呈现老年性痴呆。因此，对铝离子的检测在环境保护和人体健康方面，具有很重要的意义。世界卫生组织的研究表明，人体每公斤体重允许摄入的铝不能超过lmg。我国规定饮用水中含铝量不得高于O. 2mg/L。
目前用于去除天然水体中的铝离子的方法主要有强化混凝、臭氧氧化、活性炭吸附、膜处理。强化混凝是通过向水中添加混凝剂与铝离子反应生成沉淀，从而达到去除的目的。这种方法虽然去除率好，但是操作过程复杂，容易产生二次污染。臭氧氧化法也有上述方法的缺点。活性炭吸附法是利用活性炭对离子的选择吸附性达到对铝离子的去除目的，去除率也很好，但其过程复杂，费用很高，材料不易再生利用。而膜处理的方法也具有上述的缺点。与传统的铝离子去除的方法相比，本发明具有材料易得、可再生利用、过程简单、无二次污染等特点。实现了生活垃圾的综合利用，保护了环境，拓宽了水吸附处理过程中复合材料的选择范围，实现废弃物的资源化，具有良好的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的技术在材料再生利用和产生二次污染等方面的不足，提供了一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料及其制备方法，本发明是一种新型的复合吸附材科，具有吸附效率高，材料易得，操作简单，成本少，无二次污染等特点。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
(1)按绿茶(干基)糖水=0.5: 100 1000的质量比例称量上述物质后，先将水煮沸，加入绿茶浸泡于85 90°C中并保持20 30min，滤去茶叶渣，加入溶化的按葡萄糖和蔗糖的比例为I : I的糖水，再加入O. 3% O. 5%蛋白胨、0.5% 1%乙醇搅拌、混匀、冷却备用；
(2)将红茶菌菌种放入到消过毒的浅盘中，倒入5 IOml上述(I)中的培养液，在30°C恒温条件下静止培养7 10天；
(3)取出静止培养后生成的细菌纤维素膜，用蒸馏水冲洗3 5次，再将其浸泡于
O.lmol/L的NaOH溶液90 100°C煮沸20 30min待其成乳白色半透明状后，再将其置于生理盐水中，以120 130°C高压消毒20 30min后即可制得纳米细菌纤维素；
(4)取环己烷40ml和三氯甲烷IOml在烧瓶中混合为油相，再加入2g分散剂(m(Span60) m(Tween60) =3 2)，于50 60°C下加热搅拌是分散剂完全溶解，待用；
(5)称取5 IOg可溶性淀粉加入蒸馏水中，加热溶解配成10%的淀粉溶液，取10 15ml淀粉溶液并加入O. 2gN, N’ -亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解；
(6)将(5)中制备好的水相逐滴加入到(4)中，保持搅拌速度为450 500r/min，形成均匀液滴后加入O. I O. 3g硝酸铺铵,反应I 2h后调节pH至8 9,静置,离心，除去上层油相，下层交联聚合物依次用乙酸乙酯，无水乙醇洗涤，干燥20 24h后得到粉末状的淀粉微球；
(7)将淀粉微球粉末溶于水中，再加入3% 5%聚乙烯醇，在加热搅拌3 4h的情况下使得聚乙烯醇溶解，再加入适量的纳米细菌纤维素进行浸溃，搅拌3 4h后再于60 80°C烘干，即可得到此新型的复合吸附材料。
所述的分散剂是三乙基己基磷酸、上二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、司盘60、吐温60、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。本发明的原理是改性的淀粉微球周围含有大量官能基团联合成的网状结构，通过螯合反应或离子交换把铝离子吸附在表面，而且大量的细菌纤维素相互交织形成不规则疏松的网状结构，加大了吸附剂的比表面积，从而达到更大的吸附效果。本发明的具体应用方法为在室温下，取pH = 6 7，浓度为50mg/L的含铝离子的污水50ml，在污水中加入5g纳米细菌纤维素-淀粉微球吸附材料，吸附30min后，测得污水中招离子浓度小于O. 2mg/L,去除率可达99. 9%以上。本发明的有益效果是
(1)本发明的球粒径很小，具有巨大的自由表面，使纳米粒子具有较高的胶体稳定性和优异的吸附性能，能较快的达到吸附平衡；
(2)本发明可进行物理脱附，实现淀粉微球和细菌纤维素的回收再利用，而且不会产生二次污染。
具体实施例方式本发明采用的技术方案如下
(1)按绿茶(干基)糖水=0.5: 100 1000的质量比例称量上述物质后，先将水煮沸，加入绿茶浸泡于85 90°C中并保持20 30min，滤去茶叶渣，加入溶化的按葡萄糖和蔗糖的比例为I : I的糖水，再加入O. 3% O. 5%蛋白胨、0.5% I %乙醇搅拌、混匀、冷却备用；
(2)将红茶菌菌种放入到消过毒的浅盘中，倒入5 IOml上述(I)中的培养液，在30°C恒温条件下静止培养7 10天；
(3)取出静止培养后生成的细菌纤维素膜，用蒸馏水冲洗3 5次，再将其浸泡于O. lmol/L的NaOH溶液90 100°C煮沸20 30min待其成乳白色半透明状后，再将其置于生理盐水中，以120 130°C高压消毒20 30min后即可制得纳米细菌纤维素；
(4)取环己烷40ml和三氯甲烷IOml在烧瓶中混合为油相，再加入2g分散剂(m(Span60) m(Tween60) =3 2)，于50 60°C下加热搅拌是分散剂完全溶解，待用；
(5)称取5 IOg可溶性淀粉加入蒸馏水中，加热溶解配成10%的淀粉溶液，取10 15ml淀粉溶液并加入O. 2gN, N’ -亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解；(6)将(5)中制备好的水相逐滴加入到(4)中，保持搅拌速度为450 500r/min，形成均匀液滴后加入O. I O. 3g硝酸铺铵,反应I 2h后调节pH至8 9,静置,离心，除去上层油相，下层交联聚合物依次用乙酸乙酯，无水乙醇洗涤，干燥20 24h后得到粉末状的淀粉微球；
(7)将淀粉微球粉末溶于水中，再加入3% 5%聚乙烯醇，在加热搅拌3 4h的情况下使得聚乙烯醇溶解，再加入适量的纳米细菌纤维素进行浸溃，搅拌3 4h后再于60 80°C烘干，即可得到此新型的复合吸附材料。所述的分散剂是三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、司盘60、吐温60、脂肪酸聚乙二醇酯中的 一种或多种。实例I
按绿茶(干基)糖水=0.5 100 1000的质量比例称量上述物质后，先将水煮沸，加入绿茶浸泡于85°C中并保持20min，滤去茶叶渣，加入溶化的按葡萄糖和蔗糖的比例为I : I的糖水，再加入O. 3%蛋白胨、O. 5%乙醇搅拌、混匀、冷却备用。将红茶菌菌种放入到消过毒的浅盘中，倒入5ml上述所得的培养液，在30°C恒温条件下静止培养7天。取出静止培养后生成的细菌纤维素膜，用蒸馏水冲洗3次，再将其浸泡于O. lmol/L的NaOH溶液90°C煮沸20min待其成乳白色半透明状后，再将其置于生理盐水中，以120°C高压消毒20min后即可制得纳米细菌纤维素。取环己烷40ml和三氯甲烷IOml在烧瓶中混合为油相，再加入2g分散剂(m(Span60) m(Tween60) =3 2)，于50°C下加热搅拌是分散剂完全溶解，待用。称取5g可溶性淀粉加入蒸馏水中，加热溶解配成10%的淀粉溶液，取IOml淀粉溶液并加入O. 2gN，N’ -亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解。将上述中制备好的水相逐滴加入到油相中，保持搅拌速度为450r/min,形成均匀液滴后加入O. Ig硝酸铺铵,反应Ih后调节pH至8，静置，离心，除去上层油相，下层交联聚合物依次用乙酸乙酯，无水乙醇洗涤，干燥20h后得到粉末状的淀粉微球。将淀粉微球粉末溶于水中、再加入3%聚乙烯醇，在加热搅拌3h的情况下使得聚乙烯醇溶解，再加入适量的纳米细菌纤维素进行浸溃，搅拌3h后再于60°C烘干，即可得到此新型的复合吸附材料。实例2按绿茶(干基)糖水=O. 5 100 1000的质量比例称量上述物质后，先将水煮沸，加入绿茶浸泡于90°C中并保持30min，滤去茶叶渣，加入溶化的按葡萄糖和蔗糖的比例为I : I的糖水，再加入O. 5%蛋白胨、1%乙醇搅拌、混匀、冷却备用。将红茶菌菌种放入到消过毒的浅盘中，倒入IOml上述所得的培养液，在30°C恒温条件下静止培养10天。取出静止培养后生成的细菌纤维素膜，用蒸馏水冲洗5次，再将其浸泡于O. lmol/L的NaOH溶液100°C煮沸30min待其成乳白色半透明状后，再将其置于生理盐水中，以130°C高压消毒30min后即可制得纳米细菌纤维素。取环己烷40ml和三氯甲烷IOml在烧瓶中混合为油相，再加入2g分散剂(m(Span60) m(Tween60) =3 2)，于60°C下加热搅拌是分散剂完全溶解，待用。称取IOg可溶性淀粉加入蒸馏水中，加热溶解配成10%的淀粉溶液，取15ml淀粉溶液并加入O. 2gN，N’_亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解。将上述中制备好的水相逐滴加入到油相中，保持搅拌速度为500r/min，形成均匀液滴后加入O. 3g硝酸铈铵，反应2h后调节pH至9，静置，离心，除去上层油相，下层交联聚合物依次用乙酸乙酯，无水乙醇洗涤，干燥24h后得到粉末状的淀粉微球。将淀粉微球粉末溶于水中.再加入5%聚乙烯醇，在加热搅拌4h的情况下使得聚乙烯醇溶解，再加入适量的纳米细菌纤维素进行浸溃，搅拌4h后再于80°C烘干，即可得到此新型的复合吸附材料。实例 3
按绿茶(干基)糖水=O. 5 100 1000的质量比例称量上述物质后，先将水煮沸，加入绿茶浸泡于88°C中并保持25min，滤去茶叶渣，加入溶化的按葡萄糖和蔗糖的比例为I : I的糖水，再加入O. 4%蛋白胨O. 8%乙醇搅拌、混匀、冷却备用。将红茶菌菌种放入到消过毒的浅盘中，倒入8ml上述所得的培养液，在30°C恒温条件下静止培养9天。取出静止培养后生成的细菌纤维素膜，用蒸馏水冲洗4次，再将其浸泡于O. lmol/L的NaOH溶液95°C煮沸25min待其成乳白色半透明状后，再将其置于生理盐水中，以125°C高压消毒25min后即可制得纳米细菌纤维素。取环己烷40ml和三氯甲烷IOml在烧瓶中混合为油相，再加入2g分散剂(m(Span60) m(Tween60) =3 2)，于55°C下加热搅拌是分散剂完全溶解，待用。称取Sg可溶性淀粉加入蒸馏水中，加热溶解配成10%的淀粉溶液，取12ml淀粉溶液并加入O. 2gN，N’ -亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解。将上述中制备好的水相逐滴加入到油相中，保持搅拌速度为470r/min，形成均匀液滴后加入O. 2g硝酸铈铵，反应I. 5h后调节PH至9，静置，离心，除去上层油相，下层交联聚合物依次用乙酸乙酯，无水乙醇洗涤，干燥 23h后得到粉末状的淀粉微球。将淀粉微球粉末溶于水中，再加入4%聚乙烯醇，在加热搅拌3. 5h的情况下，使得聚乙烯醇溶解，再加入适量的纳米细菌纤维素进行浸溃，搅拌3. 5h后再于70°C烘干，即可得到此新型的复合吸附材料。
权利要求
1.一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料，其特征在于该复合吸附材料是将纳米细菌纤维素负载在改性淀粉微球上制得。
2.根据权利要求I所述的一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于纳米细菌纤维素的制备方法 (1)按绿茶(干基)糖水=O.5 100 1000的质量比例称量上述物质后，先将水煮沸，加入绿茶浸泡于85 90°C中并保持20 30min，滤去茶叶渣，加入溶化的按葡萄糖和蔗糖的比例为I : I的糖水，再加入O. 3% O. 5%蛋白胨、0.5% 1%乙醇搅拌、混匀、冷却备用； (2)将红茶菌菌种放入到消过毒的浅盘中，倒入5 IOml上述(I)中的培养液，在30°C恒温条件下静止培养7 10天； (3)取出静止培养后生成的细菌纤维素膜，用蒸馏水冲洗3 5次，再将其浸泡于O.lmol/L的NaOH溶液90 100°C煮沸20 30min待其成乳白色半透明状后，再将其置于生理盐水中，以120 130°C高压消毒20 30min后即可制得纳米细菌纤维素。
3.根据权利要求I所述的一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于改性淀粉微球的制备方法 (1)取环己烷40ml和三氯甲烷IOml在烧瓶中混合为油相，再加入2g分散剂(m(Span60) m(Tween60) =3 2)，于50 60°C下加热搅拌是分散剂完全溶解，待用； (2)称取5 IOg可溶性淀粉加入蒸馏水中，加热溶解配成10%的淀粉溶液，取10 15ml淀粉溶液并加入O. 2gN, N’ -亚甲基双丙烯酰胺，充分溶解； (3)将(2)中制备好的水相逐滴加入到(I)中，保持搅拌速度为450 500r/min，形成均匀液滴后加入O. I O. 3g硝酸铺铵,反应I 2h后调节pH至8 9,静置,离心，除去上层油相，下层交联聚合物依次用乙酸乙酯，无水乙醇洗涤，干燥20 24h后得到粉末状的淀粉微球。
4.根据权利要求I所述的一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于纳米细菌纤维素负载在改性淀粉微球的方法 (I)将淀粉微球粉末溶于水中，再加入3% 5%聚乙烯醇，在加热搅拌3 4h的情况下使得聚乙烯醇溶解，再加入适量的纳米细菌纤维素进行浸溃，搅拌3 4h后再于60 80°C烘于，即可得到此新型的复合吸附材料。
5.根据权利要求3中所述的一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料及其制备方法，其特征在于所述的分散剂是三乙基己基磷酸、上二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、司盘60、吐温60、脂肪酸聚乙二醇酯中的一种或多种。
全文摘要
本发明属于水净化处理领域，具体涉及一种去除天然水体中铝离子的复合吸附材料及其制备方法，其特征是在铝离子的含量超过0.2mg/L的天然水体中添加纳米细菌纤维素-改性淀粉微球复合吸附材料，使水体中铝离子含量降低至0.2mg/L以下。本发明所解决的是被铝离子污染后的天然水体，与现有技术相比具有材料易得、可再生利用、过程简单、无二次污染、处理效果好、实现废弃物的资源化，具有良好的社会效益和经济效益等特点。
文档编号C02F1/58GK102861553SQ20121032179
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者雷春生, 陈蓉蓉, 雷思宇 申请人:常州大学