一种壳聚糖包覆的粉煤灰磁珠磁性吸附剂的合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种磁性吸附剂的制备方法，具体地说是一种利用粉煤灰磁珠与壳聚 糖复合制备磁性吸附剂的方法。 二、
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的快速发展，重金属污水产生量日益增加，而污水中的重金属离子 对土壤和水源的污染日益加剧，治理重金属污水已成为当今社会面临的严峻挑战之一。目 前主要的重金属污水处理方法包括化学沉淀、电解、离子交换、膜分离、吸附法、生物絮凝与 吸附等。其中吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种有效方法，常见的吸 附剂有活性炭、沸石、硅胶、聚糖树脂等。由于这些吸附剂成本相对较高，考虑到其吸附量及 循环使用次数的限制，对于处理大规模的低浓度重金属污水无能为力。
[0003] 粉煤灰作为一种工业废弃物，是一种天然的较大比表面积吸附剂，其原料来源广 泛，价格低廉，操作简单，并具有以废治废、节约资源和经济高效等优点，是廉价吸附剂的理 想备选材料之一。国内外有大量研宄表明，粉煤灰对水中的重金属离子等污染物具有较强 的吸附能力。然而粉煤灰基吸附剂在污水处理方面还存在突出问题：（1)粉煤灰原灰的比 表面积不够高，表面化学吸附特性不佳，对重金属离子的吸附性不强。（2)粉煤灰粒径小、成 分复杂，易在水中长时间悬浮，吸附后的粉煤灰与水体的分离非常困难，易造成二次污染。
[3] 粉煤灰中含有多种微量重金属元素，使用中存在微量元素渗出的风险。
[0004] 现有文献中，公开号为CN102052711的发明专利通过对粉煤灰进行酸碱改性， 以增加粉煤灰的孔隙率和吸附性能，对含磷25mg/L的污水脱磷率达到91%。公开号为 103040986的发明专利利用Ca(OH) 2改性后的粉煤灰与壳聚糖复合合成粉煤灰/壳聚糖复 合絮凝剂，使得对染料废水的脱色率和COD去除率大大提高。公开号为10467576的专利， 在酸性条件下利用粉煤灰和铁肩混合，可用于处理印染污水。论文文献中对粉煤灰改性及 重金属离子吸附的研宄比较广泛。如吕志江，刘云国等，非金属矿，2008年5月，通过混酸 对粉煤灰进行改性，改性粉煤灰对Cd 2+、Pb2+、Cu2+有较强的吸附效果。杨文澜，环境工程学 报，2009年12月，将壳聚糖负载在经碱改性的粉煤灰上，研宄表明随粉煤灰上壳聚糖载量 增加，粉煤灰对Pb 2+和Cd 2+的吸附率均提高，当壳聚糖的负载量达到8%时，Pb 2+和Cd 2+的 去除率分别达到98.9%和91.5%。M.I. .Mufioz, A.J.Aller 等，Materials Chemistry and Physics，2014年2月，利用2巯基乙醇或巯基乙酸对硝酸改性过的粉煤灰进行表面修饰，研 宄表明改性后的粉煤灰可与As，Ni, Pb, Zn等离子通过形成配位化合物形式，高效分离。
[0005] 上述文献提到的方法虽然在一定程度上改善了粉煤灰的吸附效果，但仍未能解决 粉煤灰与水体高效分离的问题，而且多数方法不能防范重金属离子的渗透的风险。 三、
【发明内容】
[0006] 本发明是为避免上述粉煤灰基吸附剂的不足之处，旨在提供一种利用粉煤灰磁珠 经碱改性后与壳聚糖复合，合成新型复合吸附剂的方法。由于粉煤灰磁珠具有磁性，可以方 便的利用磁分离技术与水体分离。本发明所要解决的技术问题是对粉煤灰中磁珠的精选与 碱改性、磁珠的表面改性及其与壳聚糖的复合；在碱改性过程中，对磁珠中可能微量元素进 行清除和钝化，表面改性进一步关闭了微量元素渗出的通道，从而解决了磁性吸附剂重金 属离子渗出的问题。
[0007] 本发明解决技术问题，采用如下技术方案：
[0008] 本发明壳聚糖包覆的粉煤灰磁珠磁性吸附剂的合成方法，其特点在于：
[0009] 步骤1 :将除碳后的粉煤灰过100目筛，然后利用磁选机进行磁分选，获得比饱和 磁化强度介于4~12emu/g的中等磁性磁珠；
[0010] 步骤2 :将步骤1所获得的中等磁性磁珠置于浓度为1~3mol/L的碱溶液中，在 80°C下电动搅拌0. 5~2小时，然后将固体颗粒物磁分离出来，并用水清洗至pH值8~9， 获得碱改性后磁珠；
[0011] 步骤3 :将步骤2所获得的碱改性后磁珠在搅拌下分散于水中，加热至60°C，然后 依次添加表面活性剂A和表面活性剂B，搅拌2小时，修饰碱改性后磁珠的表面，获得表面修 饰后磁珠；所述表面活性剂A为油酸或石蜡；所述表面活性剂B为吐温80或吐温80与吐温 60按质量比2:1配制的混合物；所述碱处理后磁珠与水的质量比为1:3~6 ;
[0012] 所述碱改性后磁珠与表面活性剂A、表面活性剂B的比例为20g: (1~2mL) : (2~ 4mL)；
[0013] 步骤4 :配制质量浓度为1%~2. 5%的壳聚糖醋酸溶液，将所述表面修饰后磁珠 加入其中，在25 °C~40 °C下搅拌2小时，然后将固体物磁分离出来，在60 °C下干燥4~8小 时，即获得壳聚糖包覆的粉煤灰磁珠磁性吸附剂；所述表面修饰后磁珠与壳聚糖的质量比 为 10 ~20:1。
[0014] 步骤1中所述磁分选的步骤为：首先利用磁选机在磁场强度大于300mT的磁场中 进行磁分选，获得粉煤灰中所具有的磁珠；然后将获得的磁珠在磁场强度为80~120mT的 磁场中进行2~4次磁分选，获得比饱和磁化强度介于4~12emu/g的中等磁性磁珠。
[0015] 步骤2中所述碱溶液为NaOH溶液。
[0016] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0017] 1、本发明方法利用精选后的粉煤灰磁珠作为吸附剂基体，使吸附剂易于通过磁选 设备磁分离，解决了粉煤灰吸附剂不易与水体分离的难题。
[0018] 2、本发明经过碱改性处理，清除或钝化了磁珠中含有的微量元素；同时表面修饰 对微量元素的渗出渠道起到封堵作用，解决了传统粉煤灰吸附剂可能的重金属渗出问题。
[0019] 3、本发明的工艺简单，成本低廉，易于工业化生产。 四、【附图说明】
[0020] 图1由左及右分别是未经处理的中等磁性磁珠、碱改性后磁珠及壳聚糖包覆的粉 煤灰磁珠磁性吸附剂的扫描电镜图像；从图中可以看出，碱处理使得磁珠的孔隙率增大明 显，从而提高了其比表面积；经表面修饰后，壳聚糖较好的包覆在了磁珠的表面上。
[0021] 图2为室温下测得的未经处理的中等磁性磁珠（a)、碱改性后磁珠（b)与壳聚糖 包覆的粉煤灰磁珠磁性吸附剂（c)的磁滞回线；从图中可以看出经碱改性后，磁珠的磁性 有所增大，与壳聚