一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂的制作方法

一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂，所述的吸附剂为纳米Fe3O4与生物质材料复合后再与十六烷基三甲基溴化铵反应生成的改性材料，纳米Fe3O4的含量为38.1wt%~57.5wt%，所述的吸附剂饱和磁化强度为25.1emu/g~38.4emu/g；本发明所用的生物质材料来源丰富、价格低廉，制备所得磁性生物吸附剂对水中的阴离子型染料具有较高的吸附容量，并且可通过外加磁场实现分离。
【专利说明】一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水处理剂，特别是涉及一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂。
【背景技术】
[0002]吸附法被认为是一种简单、快速、有效的废水处理方法，该技术的成功应用很大程度上取决于吸附剂的高效发展。近年来，生物吸附材料磁化后所得的磁性生物吸附剂受到人们广泛的关注。磁性生物吸附剂可通过磁分离技术可实现固液的简单分离，同时吸附剂磁化后具有机械强度高、化学稳定性好、廉价和易于再生等优点，因此磁性生物吸附剂在水处理工程中具有很好的应用前景。
[0003]目前，由于生物吸附剂表面带负电荷，使得其主要应用于水中重金属离子以及阳离子型染料的去除，而对阴离子型染料的去除鲜见报道，因此如何采用磁性生物吸附剂实现水中阴离子型染料的去除成为一个有待研究的问题。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是提出一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂，其特征在于，所述的吸附剂为纳米Fe3O4与生物质材料复合后再与十六烷基三甲基溴化铵反应生成的改性材料，纳米Fe3O4的含量为38.1 wt %~57.5 wt %，所述的吸附剂饱和磁化强度为25.1emu/g~38.4 emu/g ;所述生物质材料为石药、小球藻、酵母粉。
[0005]所述的磁性生物吸附剂的制备方法，其特征在于依次包括以下两个步骤:
(1)采用戊二醛交联法制备磁性生物质材料:将生物质材料和纳米Fe3O4加入戊二醛溶液中，控制生物质材料和纳米Fe3O4总和的投加浓度为20 g/L, 25 °C下搅拌反应，在外加磁场的条件下进行分离，去离子水和乙醇交替洗涤、冷冻干燥后得磁性生物质材料；所述的生物质材料为干燥的粉末状石莼、酵母粉或小球藻；
(2)将步骤(1)得到的磁性生物质材料加入十六烷基三甲基溴化铵溶液中，控制磁性生物质材料的投加浓度为30 g/L，常温下搅拌反应24 h后，去离子水洗涤、冷冻干燥后得磁性生物吸附剂。
[0006]步骤(1)中生物质材料和纳米Fe3O4的投加质量比为2:3~3: 2，戊二醛溶液浓度为7%~50% (w/v)，搅拌反应时间为12 h~24 h。
[0007]步骤(2)中十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0.59T2% (w/v)。
[0008]所述的磁性生物吸附剂的应用，其特征在于，将其作为吸附剂应用于吸附去除水中的阴离子型染料。
[0009]其具体的为:将磁性生物吸附剂投加进含阴离子型染料的水中常温下进行振荡吸附，后通过外加磁场进行分离。
[0010]所述阴离子染料为靛蓝二磺酸钠。
[0011]更具体的是:将0.1 g所述的磁性生物吸附剂投加到浓度为小于500 mg/L的靛蓝二磺酸钠溶液中，25 °C下在恒温振荡器中以150 rmp的速度振荡吸附过夜，然后通过设置外加磁场(例如普通的磁铁)进行固液分离。
[0012]同时，可以用稀碱液例如(0.1M的NaOH)浸泡吸附后分离出来的吸附剂实现回收再利用。
[0013]本发明所制得的磁性生物吸附剂，其具有以下优点:
(I)本发明所用的生物质材料(石莼、酵母粉和小球藻)，均来源丰富，价格低廉。
[0014](2)本发明所得的磁性生物吸附剂经过采用戊二醛将生物质材料与纳米Fe3O4交联结合后，在使用过程中不易发生脱落，且机械强度高、化学稳定性好。
[0015](3)本发明所得的磁性生物吸附剂不但对水中的阴离子型染料具有较高的吸附容量，而且具有较好的磁性能，可通过外加磁场实现对吸附剂的固液分离和回收再利用。
【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例的吸附剂的XRD图；
图2为本发明实施例的吸附剂对靛蓝二磺酸钠的等温吸附平衡线图；
【具体实施方式】
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下属的实施例。
[0017]实施例中制备出的吸附剂中纳米Fe3O4的含量采用热重法测得，饱和磁化强度由振动样品磁强计测得。
[0018]实施例1:本发明所述磁性生物吸附剂的制备
将1.2 g干燥石莼粉末和0.8 g的纳米Fe3O4加入100 mL 7% (w/v)的戊二醛溶液中，25 °C下搅拌反应24 h后用磁铁分离，再用乙醇和去离子水交替清洗交联产物，冷冻干燥后得磁性石莼；将15 g磁性石莼加入500 mL 0.5% (w/v)的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌反应24 h，接着去离子水洗涤、冷冻干燥后得磁性石莼吸附剂。所得磁性石莼吸附剂中纳米Fe3O4的含量为38.l%wt，饱和磁化强度为25.1 emu/g。由图1的吸附剂的XRD图可知，该吸附剂的的衍射峰与纯Fe3O4的衍射峰基本一致，说明吸附剂磁化成功。
[0019]实施例2:本发明所述磁性生物吸附剂的制备
将1.0 g干燥石莼粉末和1.0 g纳米Fe3O4加入100 mL 7% (w/v)的戊二醛溶液中，25°C下搅拌反应18 h后用磁铁分离，再用乙醇和去离子水交替清洗交联产物，冷冻干燥后得磁性石药；将15 g磁性石药加入500 mL 1% (w/v)的十六烧基三甲基溴化铵溶液中，搅拌反应24 h，接着去离子水洗涤、冷冻干燥后得磁性石莼吸附剂。所得磁性石莼吸附剂中纳米Fe3O4的含量为46.4%wt，饱和磁化强度为31.5 emu/g。
[0020]实施例3:本发明所述磁性生物吸附剂的制备
将0.8 g干燥石莼粉末和1.2 g纳米Fe3O4加入100 mL 50% (w/v)的戊二醛溶液中，25 °C下搅拌反应12 h后用磁铁分离，再用乙醇和去离子水交替清洗交联产物，冷冻干燥后得磁性石莼；将15 g磁性石莼加入500 mL 2% (w/v)的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌反应24 h，接着去离子水洗涤、冷冻干燥后得磁性石莼吸附剂。所得磁性石莼吸附剂中纳米Fe3O4的含量为57.5 % wt，饱和磁化强度为38.4 emu/g。[0021]实施例4:本发明所述磁性生物吸附剂的制备
将0.8 g干燥酵母粉和1.2 g纳米Fe3O4加入100 mL 25% (w/v)的戊二醛溶液中，25°C下搅拌反应24 h后用磁铁分离，再用乙醇和去离子水交替清洗交联产物，冷冻干燥后得磁性酵母；将15 g磁性酵母加入500 mL 2% (w/v)的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌反应24 h，接着去离子水洗涤、冷冻干燥后得磁性酵母吸附剂。所得磁性酵母吸附剂中纳米Fe3O4的含量为58.1 %，饱和磁化强度为37.8 emu/g。
[0022]实施例5:本发明磁性生物吸附剂的制备
将1.2 g干燥小球藻和0.8 g纳米Fe3O4加入100 mL 7%(w/v)的戊二醛溶液中，25 V下搅拌反应18 h后用磁铁分离，再用乙醇和去离子水交替清洗交联产物，冷冻干燥后得磁性小球藻；将15 g磁性小球藻加入500 mL 0.5% (w/v)的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，搅拌反应24 h，接着去离子水洗涤、冷冻干燥后得磁性小球藻吸附剂。所得磁性小球藻吸附剂中纳米Fe3O4的含量为38.1%，饱和磁化强度为25.6 emu/g。
[0023]实施例6:本发明所述磁性生物吸附剂对阴离子型染料的吸附性能测试
为了考察本发明所述磁性生物吸附剂对阴离子型染料的吸附能力，我们以靛蓝二磺酸钠染料为模型污染物，对实施例1、实施例2和实施例3制备所得的磁性石莼吸附剂进行了等温吸附平衡实验。将0.1 g吸附剂分别投加到浓度为0-500 mg/L的靛蓝二磺酸钠溶液中，25 °C下在恒温振荡器中以150 rmp的速度振荡吸附过夜，然后采用外加磁场进行固液分离，取上清液分析溶液中靛蓝二磺酸钠的剩余浓度，然后可得吸附剂在不同染料浓度下的平衡吸附量，绘制出等温吸附平衡线(见图2)，采用Langmuir方程对等温吸附平衡线进行拟合得到实施例1、实施例2和实施例3制备所得的磁性石莼吸附剂对靛蓝二磺酸钠的饱和吸附容量分别为221 mg/g、204 mg/g和149 mg/g。回收的磁性石药吸附剂采用50 ml
0.1 mo I/L NaOH进行浸泡过夜解吸，利用外加磁场固液分离后再次应用于吸附水中的靛蓝二磺酸钠，过程同上，得到实施例1、实施例2和实施例3制备所得的磁性石莼吸附剂使用三次后对靛蓝二磺酸钠的饱和吸附容量分别为201 mg/g、189 mg/g和134 mg/g。
[0024]采取同样的方法可得实施例4和实施例5制备所得的磁性酵母吸附剂和磁性小球藻吸附剂对靛蓝二磺酸钠的饱和吸附容量分别为135.6 mg/g和152.3 mg/g。
【权利要求】
1.一种针对水中阴离子型染料的磁性生物吸附剂，其特征在于，所述的吸附剂为纳米Fe3O4与生物质材料复合后再与十六烷基三甲基溴化铵反应生成的改性材料，纳米Fe3O4的含量为38.1 wt %?57.5 wt %，所述的吸附剂饱和磁化强度为25.1 emu/g?38.4 emu/g ;所述生物质材料为石莼、小球藻、酵母粉。
2.一种如权利要求1所述的磁性生物吸附剂的制备方法，其特征在于依次包括以下两个步骤:(1)采用戊二醛交联法制备磁性生物质材料:将生物质材料和纳米Fe3O4加入戊二醛溶液中，控制生物质材料和纳米Fe3O4总和的投加浓度为20 g/L，25 °C下搅拌反应，在外加磁场的条件下进行分离，去离子水和乙醇交替洗涤、冷冻干燥后得磁性生物质材料；所述的生物质材料为干燥的粉末状石莼、酵母粉或小球藻；(2)将步骤(I)得到的磁性生物质材料加入十六烷基三甲基溴化铵溶液中，控制磁性生物质材料的投加浓度为30 g/L，常温下搅拌反应24 h后，去离子水洗涤、冷冻干燥后得磁性生物吸附剂。
3.根据权利要求2所述的磁性生物吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(I)中生物质材料和纳米Fe3O4的投加质量比为2:3?3:2，戊二醛溶液浓度为7%?50% (w/v)，搅拌反应时间为12 h?24 h0
4.根据权利要求2所述的磁性生物吸附剂的制备方法，其特征在于步骤(2)中十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0.59T2% (w/v)。
5.根据权利要求1所述的磁性生物吸附剂的应用，其特征在于，将其作为吸附剂应用于吸附去除水中的阴离子型染料。
6.根据权利要求5所述的磁性生物吸附剂的应用，其具体的为:将磁性生物吸附剂投加进含阴离子型染料的水中常温下进行振荡吸附，后通过外加磁场进行分离。
7.根据权利要求5所述的磁性生物吸附剂的应用，其特征在于所述阴离子染料为靛蓝二磺酸钠。
8.根据权利要求6所述的磁性生物吸附剂的应用，其特征在于，将0.1 g所述的磁性生物吸附剂投加到浓度为小于500 mg/L的靛蓝二磺酸钠溶液中，25 °C下在恒温振荡器中以.150 rmp的速度振荡吸附过夜，然后通过设置外加磁场进行固液分离。
【文档编号】C02F103/30GK103638907SQ201310679974
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】李小娟, 林萍, 朱云燕, 刘明华 申请人:福州大学