一种壳聚糖‑铁钛化合物复合吸附剂的制备方法及应用与流程

本发明涉及一种壳聚糖-铁钛化合物复合微球吸附剂的制备方法及应用，属于吸附剂技术领域。

背景技术：

随着现代工业快速且高度发展，随之带来的环境污染问题日益严重，其中水环境的污染问题更是愈发突出。由于现代工业中医药、冶金、化工、印染、机械等行业废水的大量排放，导致各类水体中的重金属含量日益增加。重金属进入环境后经过长期累积，再通过食物链在生物体内富集，这将会对生物及人体健康造成极其严重的威胁。因此，去除水中的重金属，对保障人体健康具有非常重要的意义。

壳聚糖可以作为金属离子的富集剂，能够有效地去除工业废水中有毒的重金属离子。壳聚糖及其衍生物作为一种天然高分子材料的吸附剂，因其来源广泛、无毒、易降解、易回收等特点，在水处理领域得到高度重视和广泛研究，发展很快。但壳聚糖材料具有表面积小、孔隙率低等缺点，需要研究完善。

通过研究各种具有特定形貌和结构的纳米材对饮用水或废水中有毒离子或有机污染物去除效果，fe，ti类的化合物纳米材料，其具备价格低廉，原料丰富，环境友好等特性，因此，本发明采用温和条件，将有机高分子-无机复合材料实现分子级复合制备出壳聚糖-铁钛化合物复合微球，该材料提高了壳聚糖的表面积及离子交换容量，在水处理工程中，可作为一种安全高效的重金属吸附剂

技术实现要素：

本发明提供一种安全高效、环境友好的三维高分子壳聚糖-铁钛化合物复合微球的制备方法与应用。

本发明合成的三维高分子壳聚糖-铁钛化合物复合微球具有易分离、吸附容量高、可重复使用的优良性能。

本发明提供制备壳聚糖-铁钛化合物复合微球的方法，包括下述步骤：

(1)铁钛化合物的制备：

将异丙醇钛和十二胺溶于乙二醇溶剂中，搅拌6-10h后加入七水合硫酸亚铁，搅拌至溶解，得到溶液a；将水和丙酮按体积比1:60-1:70混合均匀得到溶液b；将溶液a加入溶液b中继续搅拌3-6h后，离心分离得到固体产物，用乙醇洗涤数次后，40～90℃真空干燥8-12h，得到铁钛化合物；

(2)复合材料微球的制备：

将壳聚糖溶解在质量百分比浓度为0.1％-1％的醋酸水溶液中，然后加入步骤(1)中制得的铁钛化合物，继续搅拌1-3h后得到溶液d；将溶液d滴加至质量百分比浓度为0.5％-2％的氢氧化钠溶液中，得到球状颗粒(优选直径为2-4mm)，然后将球状颗粒用蒸馏水反复洗涤至ph为中性后，30-40℃干燥后，再冷冻干燥12～24h得壳聚糖-铁钛化合物复合材料微球。

上述步骤(1)中异丙醇钛与七水合硫酸亚铁的摩尔比为5:1-2:1；异丙醇钛与十二胺的摩尔比优选为7:1-5:1。

上述步骤(1)中异丙醇钛与乙二醇的体积比为1:30-1:50；乙二醇与溶液b体积比为1:2-1:3。

上述步骤(2)中所述壳聚糖在醋酸水溶液中浓度为15～25g/l；铁钛化合物与壳聚糖的质量比为1:1-1:6；溶液d与氢氧化钠溶液的体积比优选为1:1-1:2。

本发明得到的壳聚糖-铁钛化合物复合微球主体结构由壳聚糖支撑且呈网状结构，球形的铁钛化合物微球比较均匀的分散在壳聚糖内部，feti纳米微粒平均直径约为500-600nm。

本发明提供了一种利用壳聚糖-铁钛化合物复合微球吸附剂吸附水体中重金属的应用，作为优选，所述重金属离子包括铅离子、镉离子或铜离子。

与现有技术相比，本发明制备的壳聚糖-铁钛化合物复合微球吸附剂，具有以下积极效果：

本发明采用生物高分子材料壳聚糖与铁钛化合物复合，制备得到具有三维核-壳结构的壳聚糖-铁钛化合物复合微球吸附剂，可以实现以下两方面的优化。一方面，使用壳聚糖为基材，实现了廉价生物材料的高效利用，易于分离，避免了对环境的二次污染；另一方面，壳聚糖与铁钛化合物复合后，形成三维多孔结构，提高了吸附剂的比表面积，增加了有效功能基团，从而增加了吸附剂对重金属的吸附能力。

附图说明

图1为壳聚糖-铁钛化合物复合微球的电镜图；

图2为壳聚糖-铁钛化合物复合微球对铅离子的吸附容量图。

具体实施方式

下面提供本发明制备方法及应用的具体实施例

实施例1

(1)取2ml异丙醇钛和0.185g十二胺溶于80ml乙二醇中，搅拌8h后加入0.46g七水合硫酸亚铁，继续搅拌至其溶解，得到溶液a。然后量取170ml丙酮和2.7ml水混合均匀得到溶液b，将a溶液倒入b中并搅拌3h后，离心分离得到固体产物，用乙醇洗涤数次，40～90℃真空干燥8-12h，得到铁钛化合物；

(2)取1.2g壳聚糖溶解在60ml1％的醋酸水溶液中，搅拌24h后，加入0.2g铁钛化合物，继续搅拌2h后滴加至100ml浓度为1％的氢氧化钠溶液中，得到直径为2-4mm的球状颗粒，然后将球状颗粒用蒸馏水反复洗涤至ph为中性后，30℃干燥后再冷冻干燥12h得壳聚糖-铁钛化合物复合微球。

吸附性能测试：用pb(no3)2作为毒性离子前驱体，配制得到不同浓度的铅离子溶液，浓度分别为10，20，50，100和200mg·l-1。分别量取不同浓度20ml的pb²⁺的水溶液，然后向其中将加入20mg壳聚糖-铁钛化合物复合微球。室温下搅拌12h后，对混合液进行固液分离，收集清液。采用电感耦合等离子体原子发射光谱检测溶液中pb²⁺浓度。根据吸附前后重金属离子溶度差，计算得吸附剂对pb²⁺的最大吸附量为17.8mg/g。

实施例2

具体制备过程同实施例1，但步骤(2)中铁钛添加量为0.4g。

吸附性能测试过程同实施例1。该吸附剂对相应溶液中铅离子的最大吸附量为35.6mg/g。

实施例3

具体制备过程同实施例1，但步骤(2)中铁钛添加量为0.6g。

扫描电镜测试：将上述制备的壳聚糖-铁钛化合物复合微球进行扫描电镜测试，其测试结果如图1所示。

图1显示了本实施例中铁钛添加量为0.6g的壳聚糖-铁钛化合物复合微球颗粒的扫描电镜图，从图中可以看出壳聚糖-铁钛化合物复合微球主体结构由壳聚糖支撑且呈网状结构，球形的铁钛化合物微球比较均匀的分散在壳聚糖内部，feti纳米微粒平均直径约为400-500nm。

吸附性能测试过程同实施例1。该吸附剂对相应溶液中铅离子的最大吸附量为42.3mg/g。

实施例4

具体制备过程同实施例1，但步骤(2)中铁钛添加量为0.8g。

吸附性能测试过程同实施例1。该吸附剂对相应溶液中铅离子的最大吸附量为66.4mg/g。

技术特征：

技术总结
一种壳聚糖‑铁钛化合物复合吸附剂的制备方法及应用，属于吸附剂技术领域。其具体步骤如下：(1)铁钛化合物的制备；(2)复合材料微球的制备；步骤(1)中采用异丙醇钛和七水合硫酸亚铁为原料，将异丙醇钛加到有机溶剂中，搅拌至匀后加入七水合硫酸亚铁，将溶解均匀的溶液快速加入到丙酮‑水的混合溶液中，搅拌至沉淀均匀稳定，静置，将沉淀洗涤后经真空干燥至恒重；将步骤(1)中制得的铁钛化合物加入到壳聚糖醋酸溶液中，搅拌均匀后滴加到氢氧化钠溶液中，洗涤，冷冻干燥后得壳聚糖‑铁钛化合物复合微球。该方法制备的微球吸附颗粒具有易分离、吸附容量高、可重复使用的特性，可作为一种新型的吸附剂应用于水处理工程中。

技术研发人员：孙治荣;张珂;王雪云
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.06.16
技术公布日：2017.08.15