一种磁性多孔吸附剂及其制备方法与流程

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种磁性多孔附剂及其制备方法。

背景技术：

随着现代工业的飞速发展，工业废水、生活废水的大量排放引起了水体污染，严重影响了人们的健康生活。因此，水体治理和水环境保护成为当今社会的热点问题之一。研究经济又高效的水处理方法是当前政府和百姓关注的焦点。目前废水处理技术主要有光催化氧化、化学混凝、生物吸附等技术，其中生物吸附是一种简单、有效又经济的方法，具有广阔的应用前景。

吸附剂是生物吸附的关键核心，目前的吸附剂主要有多孔碳、硅藻土、凹凸棒、合成有机高分子、农业废弃物等。但这些吸附剂仍存在成本高、制备过程复杂，应用时分离不方便，甚至有的会产生二次污染等不足。相比之下，天然高分子基吸附剂具有良好的生物相容性和可修饰性，从而受到广泛关注。

在天然高分子基吸附剂中，壳聚糖一直受到人们的青睐。壳聚糖分子链骨架上分布着大量nh2基、oh基等极性集团和离子键、氢键等，对水中凝胶有着良好的电荷中和和吸附架桥作用，且壳聚糖无毒，有良好的降解性。在水处理方面，密胺树脂和壳聚糖具有良好的互补作用。前者高分子链刚性强，作为吸附剂环境适应性广泛，而后者具有柔性，两者结合可以产生互补和协同效应，从而增强其对污染物的吸附性能。

本发明利用四氧化三铁、十六烷基三甲基溴化铵、密胺树脂和壳聚糖制备一种磁性多孔高分子吸附剂，其具有高效的吸附性能、简便的磁分离性能，既克服了密胺树脂吸附动力学慢的缺点，又克服了壳聚糖酸、碱性条件下吸附效果差，用量大、成本高的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种磁性多孔吸附剂及其制备方法，该吸附剂对废水中新胭脂红等酸性染料具有高效的吸附效果，其去除率可达99%以上，在污水处理领域具有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种磁性多孔吸附剂，其是以密胺树脂、十六烷基三甲基溴化铵、壳聚糖和四氧化三铁为主要原料，先将密胺树脂、十六烷基三甲基溴化铵、四氧化三铁在酸性条件下反应制备磁性功能复合物，然后向其中加入壳聚糖，混合均匀后再加入氨水和交联剂进行深度交联反应，形成交联多孔复合物，最后将所得交联多孔复合物干燥、无水乙醇回流后，制得所述磁性多孔吸附剂。

所述磁性多孔吸附剂的具体制备方法包括如下步骤：

（1）将1.0-10.0g密胺树脂、5.0-100.0g十六烷基三甲基溴化铵和0.2-9.0g四氧化三铁分散在去离子水中，加入0-2.0ml甲酸混合均匀后，40-80℃反应10-120min，制得含磁性复合物的混合溶液；

（2）向步骤（1）所得含磁性复合物的混合溶液中加入60.0ml含有0.1-10.0g壳聚糖的1wt%盐酸溶液，混合均匀；

（3）往步骤（2）得到的混合物中加入2.0-32.0ml氨水、1.0-20.0ml交联剂（所述交联剂为甲醛、环氧氯丙烷中的一种或两种混合），40-90℃交联反应0.5-6h后终止反应，生成交联多孔复合物；

（4）调节步骤（3）所得溶液的ph至中性后，将产物用磁场分离，用去离子水反复洗净后干燥，再用无水乙醇回流除去多余的十六烷基三甲基溴化铵，即得到所述磁性多孔吸附剂。

图1是所制备磁性多孔吸附剂的tem图。从图中可以看出，本发明所得吸附剂为表面粗糙、凹凸不平兼有褶皱的多孔结构，并包覆有四氧化三铁纳米粒子，而且各分子链之间交联形成了网络结构，这种结构可以提供很大的比表面和活性吸附位点，从而使其具有高效的吸附能力。

图2是所制备磁性多孔吸附剂对新胭脂红的吸附效果图。从图2中可以看出，该吸附剂投料增加到40mg时，对100mg/l（50ml）新胭脂红的去除率达到99%以上，说明该吸附剂对新胭脂红染料具有良好的吸附去除效果。

本发明的显著优点在于：

（1）本发明以密胺树脂、十六烷基三甲基溴化铵、壳聚糖和四氧化三铁为主要原料制得所述磁性多孔吸附剂。该方法过程简便、能耗低，其中，以十六烷基三甲基溴化铵为致孔剂，制得的吸附剂比表面高、吸附能力强、环境适用性广。

（2）本发明制得的吸附剂对新胭脂红等酸性染料具有高效的吸附能力，去除率达到99%以上，并且具有简易、快捷的磁分离功能，有利于简化水处理过程中常用的耗时、耗能的离心、沉降过程，在污水处理领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明所制备磁性多孔吸附剂的tem图；

图2是本发明所制备磁性多孔吸附剂对新胭脂红的吸附效果图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

实施例1：

（1）将1.0g密胺树脂、5.0g十六烷基三甲基溴化铵和1.0g四氧化三铁分散在去离子水中，加入0.1ml甲酸混合均匀后，40℃反应10min，制得含磁性复合物的混合溶液；

（2）向步骤（1）所得含磁性复合物的混合溶液中加入60.0ml含有0.5g壳聚糖的1wt%盐酸溶液，混合均匀；

（3）往步骤（2）得到的混合物中加入2.0ml氨水、2.0ml甲醛，40℃交联反应0.5h后终止反应，生成交联多孔复合物；

（4）调节步骤（3）所得溶液的ph至中性，将产物用磁场分离，用去离子水反复洗净后干燥，再用无水乙醇回流除去多余的十六烷基三甲基溴化铵，即得到磁性多孔吸附剂。

在50ml、100mg/l的新胭脂红染料溶液中加入40mg吸附剂，吸附反应3.5h，测定吸光度，检测吸附效果。其去除率为68.2%。

实施例2：

（1）将3.0g密胺树脂、25.0g十六烷基三甲基溴化铵和2.5g四氧化三铁分散在去离子水中，加入0.8ml甲酸混合均匀后，60℃反应40min，制得含磁性复合物的混合溶液；

（2）向步骤（1）所得含磁性复合物的混合溶液中加入60.0ml含有3.0g壳聚糖的1wt%盐酸溶液，混合均匀；

（3）往步骤（2）得到的混合物中加入10.0ml氨水、1.0ml环氧氯丙烷，60℃交联反应1.0h后终止反应，生成交联多孔复合物；

（4）调节步骤（3）所得溶液的ph至中性，将产物用磁场分离，用去离子水反复洗净后干燥，再用无水乙醇回流除去多余的十六烷基三甲基溴化铵，即得到磁性多孔吸附剂。

在50ml、100mg/l的新胭脂红染料溶液中加入40mg吸附剂，吸附反应3.5h，测定吸光度，检测吸附效果。其去除率为83.1%。

实施例3：

（1）将1.0g密胺树脂、40.0g十六烷基三甲基溴化铵和4.0g四氧化三铁分散在去离子水中，加入1.5ml甲酸混合均匀后，70℃反应90min，制得含磁性复合物的混合溶液；

（2）向步骤（1）所得含磁性复合物的混合溶液中加入60.0ml含有5.0g壳聚糖的1wt%盐酸溶液，混合均匀；

（3）往步骤（2）得到的混合物中加入25.0ml氨水、3.0ml甲醛和5.0ml环氧氯丙烷，80℃交联反应3.0h后终止反应，生成交联多孔复合物；

（4）调节步骤（3）所得溶液的ph至中性，将产物用磁场分离，用去离子水反复洗净后干燥，再用无水乙醇回流除去多余的十六烷基三甲基溴化铵，即得到磁性多孔吸附剂。

在50ml、100mg/l的新胭脂红染料溶液中加入40mg吸附剂，吸附反应3.5h，测定吸光度，检测吸附效果。其去除率为96.3%。

实施例4：

（1）将8.0g密胺树脂、80.0g十六烷基三甲基溴化铵和7.0g四氧化三铁分散在去离子水中，加入1.8ml甲酸混合均匀后，80℃反应100min，制得含磁性复合物的混合溶液；

（2）向步骤（1）所得含磁性复合物的混合溶液中加入60.0ml含有8.0g壳聚糖的1wt%盐酸溶液，混合均匀；

（3）往步骤（2）得到的混合物中加入24.0ml氨水、8.0ml甲醛和2.0ml环氧氯丙烷，50℃交联反应3.5h后终止反应，生成交联多孔复合物；

（4）调节步骤（3）所得溶液的ph至中性，将产物用磁场分离，用去离子水反复洗净后干燥，再用无水乙醇回流除去多余的十六烷基三甲基溴化铵，即得到磁性多孔吸附剂。

在50ml、100mg/l的新胭脂红染料溶液中加入40mg吸附剂，吸附反应3.5h，测定吸光度，检测吸附效果。其去除率为99.2%。

实施例5：

（1）将10.0g密胺树脂、100.0g十六烷基三甲基溴化铵和9.0g四氧化三铁分散在去离子水中，加入2.0ml甲酸混合均匀后，80℃反应120min，制得含磁性复合物的混合溶液；

（2）向步骤（1）所得含磁性复合物的混合溶液中加入60.0ml含有10.0g壳聚糖的1wt%盐酸溶液，混合均匀；

（3）往步骤（2）得到的混合物中加入32.0ml氨水、10.0ml甲醛和10.0ml环氧氯丙烷，90℃交联反应6.0h后终止反应，生成交联多孔复合物；

（4）调节步骤（3）所得溶液的ph至中性，将产物用磁场分离，用去离子水反复洗净后干燥，再用无水乙醇回流除去多余的十六烷基三甲基溴化铵，即得到磁性多孔吸附剂。

在50ml、100mg/l的新胭脂红染料溶液中加入40mg吸附剂，吸附反应3.5h，测定吸光度，检测吸附效果。其去除率为87.8%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。