专利名称：一种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法。
背景技术：
据估算，全世界范围内可商业应用的染料超过10万种，而产生的染料废水排放量毎年超过70万吨，许多染料都具有毒性、甚至致癌性，会对水体生物构成严重威胁。并且，由于染料属于难降解的有机化合物，其化学结构复杂，常规活性污泥中的细菌无法吞噬破坏它，普通的生化处理往往使出水不稳定，难以达到排放标准。物理化学方法，如电解凝聚法、化学氧化法、光催化法、气浮法等，这些方法虽然处理效果比较好，但运行エ艺条件严 格，稳定性差，成本高，推广实施有一定难度。实际上，长久以来在造纸业和纺织业中被广泛采用的染料废水处理方法主要还是物理吸附法，这主要是基于物理吸附法效果好、操作简单、成本低廉等优点的考量，而随着科研和实践的不断发展，这ー传统的废水处理方法也显示出新的生机和活力。决定物理吸附法エ业应用的关键是开发出高效吸附剂。近年来，国内外学者的研究重点逐步由活性炭转向天然的廉价固体吸附材料，目前已经进行了吸附性能研究和评价的材料有沸石、硅藻土、粘土矿物、生物质、几丁质和壳聚糖等。活性炭是ー种有效的吸附齐U，但价格昂贵，限制了它的广泛应用；而硅藻土资源丰富，多孔、比表面积大，有望成为ー种高效廉价的吸附剂。硅藻土矿物的主要化学成分是SiO2、含有少量Al2O3, Fe2O3等氧化物。硅藻土的吸附性能与硅藻土的物理结构和化学结构密切相关，一般来说，比表面越大吸附量就越大；孔径越大，吸附质在空内的扩散速率越大，则越有利于达到吸附平衡，但在一定孔体积下，孔径增大会降低比表面，从而减小吸附平衡量；在孔径一定时，孔容越大，吸附量就越大。硅藻土对染料的吸附机理研究表明，硅藻土和染料之间的作用力主要有静电引力；硅基表面的羟基产生的氢键作用力；范德华力；其中，静电引力与氢键作用在染料的吸附过程中起主要作用。目前天然硅藻土矿物普遍存在的吸附容量较低的问题，不能有效去除印染废水中的染料，需要通过改性来进ー步提高它的吸附性能。
发明内容
本发明的目的是提供ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法。本发明所采取的技术方案是
ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，包括以下步骤
1)将壳聚糖溶解在三价铁盐的溶液中，加入硅藻土，混合均匀；
2)向上述混合物中加入こ醇，得沉淀，过滤、洗涤、干燥；
3)将步骤2)所得的产物置于戊ニ醛的こ醇溶液中，使其发生交联反应，将所得沉淀产物过滤，洗涤，干燥即可；其中，步骤I)中，铁离子的摩尔浓度为O. 1-0. 5mol/L，硅藻土与壳聚糖的质量比为
O. 1-10，步骤3)中，所述的戊ニ醛的こ醇溶液中，戊ニ醛的体积浓度为1_10%。所述的三价铁盐为硫酸铁、六水合氯化铁中的ー种。所述的三价铁盐为六水合氯化铁。步骤I)中，壳聚糖的溶解温度为20_30°C。步骤I)中，铁离子的摩尔浓度为O. 18-0. 22mol/L。步骤I)中，硅藻土与壳聚糖的质量比为O. 5-2。步骤2)中加入的こ醇的体积与步骤I)中的三价铁盐溶液的体积比为2-4:1。步骤3)中，所述的戊ニ醛的こ醇溶液中，戊ニ醛的体积浓度为3-7%。步骤3)中，交联反应的温度为20_30°C。本发明的有益效果是本发明制备的硅藻土比表面积大，吸附能力强，对刚果红的动态吸附实验表明，复合材料的吸附量最高可以达到1250 mg/g，吸附达到平衡的时间不超过 10 min。
图I是本发明制备的吸附材料的扫描电子显微镜(SEM)像图。图2是本发明制备的吸附材料的对刚果红的动态吸附曲线图。图3是本发明制备的吸附材料对刚果红的Langmuir等温吸附拟合曲线。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进ー步的说明
实施例I :
1)在25°C条件下，将I.OOg壳聚糖加入到50mL O. 2mol/L的氯化铁溶液中，充分搅拌，至壳聚糖完全溶解，形成溶胶后，在搅拌下加入2. Og硅藻土，在25°C条件下继续搅拌2h ；
2)然后加入IOOmLこ醇得到固体沉淀物，过滤，用こ醇洗涤后，干燥后研磨成粉状；
3)25°C条件下，将上步所得的产物加入戊ニ醛的こ醇溶液(戊ニ醛的浓度为3vol%)中，持续搅拌4h使其发生交联反应，过滤，并用こ醇洗涤，干燥后即得所需改性硅藻土复合吸附剂，该材料即可用于染料的吸附。实施例2:
1)在25°C条件下，将I.OOg壳聚糖加入到50mL O. 22mol/L的氯化铁溶液中充分搅拌，至壳聚糖完全溶解，形成溶胶后，在搅拌下加入O. 5g硅藻土，在25°C条件下继续搅拌2h ；
2)然后加入120mLこ醇得到固体沉淀物，过滤，用こ醇洗涤后，干燥后研磨成粉状；
3)25°C条件下，将上步所得的产物加入戊ニ醛的こ醇溶液(戊ニ醛的浓度为7vol%)中，持续搅拌4h使其发生交联反应，过滤，并用こ醇洗涤，干燥后即得所需改性硅藻土复合吸附剂，该材料即可用于染料的吸附。下面结合具体的应用例来说明本发明制备的改性硅藻土复合吸附材料的应用效果
应用例I :
在50mL初始浓度为1000mg/L，pH=4的刚果红(Congo Red)染液中(染液置于150mL的烧杯中)加入lg/L的实施例I制备的吸附剂，在室温(25°C)条件下以IOOrpm的速度搅拌，从开动搅拌器后开始计吋，考查复合材料对刚果红的动态吸附效果。图2为本发明制备的吸附材料的对刚果红的动态吸附曲线图。由图2的结果可知，改性硅藻土对刚果红的吸附速度表现十分良好，有助于提高废水中染料的去除效率，进而降低エ艺处理成本。应用例2
在 IOmL 初始浓度为分别为 1000、1200、1400、1600、1800、2000mg/L，pH=6 的刚果红(Congo Red)染液中(染液置于IOOml血清瓶中)加入lg/L的吸附剂，在室温(25°C )条件下以150rpm的速度振荡24h，离心分离后，取上层清液測定染料浓度，计算平衡时吸附剂对染料的吸附量。图3为将测得的数据进行拟合后的结果，硅藻土对刚果红的吸附符合Langmuir 等温线模型(拟合得到的等温吸附方程为(；/U=0. 0008Ce+0. 0012，线性拟合的相关指数R2=O. 9998，Qe代表平衡时染液中的有机物在吸附剂上的吸附量(mg/g)，而Ce为平衡时有机物在溶液中的浓度(mg/L))，说明吸附是单分子层吸附，最大吸附量为1250 mg/g。
权利要求
1.ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤 1)将壳聚糖溶解在三价铁盐的溶液中，加入硅藻土，混合均匀； 2)向上述混合物中加入こ醇，得沉淀，过滤、洗涤、干燥； 3)将步骤2)所得的产物置于戊ニ醛的こ醇溶液中，使其发生交联反应，将所得沉淀产物过滤，洗涤，干燥即可； 其中，步骤I)中，铁离子的摩尔浓度为O. 1-0. 5mol/L，硅藻土与壳聚糖的质量比为 O. 1-10，步骤3)中，所述的戊ニ醛的こ醇溶液中，戊ニ醛的体积浓度为1_10%。
2.根据权利要求I所述的ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于所述的三价铁盐为硫酸铁、六水合氯化铁中的ー种。
3.根据权利要求I所述的ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于所述的三价铁盐为六水合氯化鉄。
4.根据权利要求I所述的ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于步骤I)中，壳聚糖的溶解温度为20-30°C。
5.根据权利要求I所述的ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于步骤I)中，铁离子的摩尔浓度为O. 18-0. 22mol/L。
6.根据权利要求I所述的ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于步骤I)中，硅藻土与壳聚糖的质量比为O. 5-2。
7.根据权利要求I所述的ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于步骤2)中加入的こ醇的体积与步骤I)中的三价铁盐溶液的体积比为2-4:1。
8.根据权利要求I所述的ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于步骤3)中，所述的戊ニ醛的こ醇溶液中，戊ニ醛的体积浓度为3-7%。
9.根据权利要求I所述的ー种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，其特征在于步骤3)中，交联反应的温度为20-30°C。
全文摘要
本发明公开了一种改性硅藻土复合吸附材料的制备方法，包括以下步骤1)将壳聚糖溶解在三价铁盐的溶液中，加入硅藻土，混合均匀；2)向上述混合物中加入乙醇，得沉淀，过滤、洗涤、干燥；3)将步骤2)所得的产物置于戊二醛的乙醇溶液中，使其发生交联反应，将所得沉淀产物过滤，洗涤，干燥即可。本发明的有益效果是本发明制备的硅藻土比表面积大，吸附能力强，对刚果红的动态吸附实验表明，复合材料的吸附量最高可以达到1250mg/g，吸附达到平衡的时间不超过10min。
文档编号B01J20/14GK102641720SQ20121009492
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者严惠华, 李旭凯, 李来胜, 潘兆琪, 王承刚, 舒月红 申请人:华南师范大学