本发明属于环境工程领域，具体涉及一种浮吸剂及其制备方法和应用。
背景技术：
在水处理过程中，如何经济高效的分离已被富集的污染物非常重要。研究者们在如何提高水处理剂分离性上做出了很多努力。在过去的研究中，通常使用沉淀的方式对其进行分离。近年来出现了在水处理剂中嵌入fe3o4纳米颗粒，并借助外部磁场进行分离的磁分离；但由于fe3o4中存在着不稳定的二价铁，极易被氧化而失去磁性，造成处理不稳定。也有采用好氧颗粒污泥作为水处理剂，优点是能去除有机物且具有紧凑结构和高沉降性能，但是颗粒污泥作为一种生物处理方法，对于可生化性（biodegradability，也称废水的生物可降解性，即废水中有机污染物被生物降解的难易程度，是废水的重要特性之一）比较高的污水处理效果比较好，但对于难降解的物质，如染料，重金属，抗生素等，效果不好。
相较于磁分离和颗粒污泥，上浮分离法是一种高效便捷的分离方法，上浮分离不需要借助外部磁场，并且可以从水面直接分离污染物。目前应用的比较广泛的有汽浮法。汽浮法是利用高度分散的微小气泡作为载体粘附于废水中污染物上，使其浮力大于重力和上浮阻力，从而使污染物上浮至水面，形成泡沫，然后用刮渣设备自水面刮除泡沫，实现固液或液液分离的过程。汽浮法主要用于去除水中的难溶解悬浮物，对于废水中的溶解性污染物，如染料、重金属、抗生素等。并且汽浮法中，由于存在微气泡，而微气泡并不十分稳定，随着微气泡的破裂，可能形成对水的二次污染。这些缺陷限制了上浮分离在水处理领域中的应用。
随着工业技术的飞速发展和生产规模的不断扩大，我国的工业废水量日益增多，其中印染废水量约占总废水量的10%，每年大约有6~7亿吨印染废水排入水环境中。重金属（如含镉、镍、汞、锌、铜等）废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1%。
印染废水主要来源于印染加工中的漂炼、染色、印花、整理等工序，而且各工序产生成份各异的污水，使得其成份复杂，色度深，碱性强，水量大，并含有毒、有害物质而严重污染环境，印染废水的综合治理己成为当前亟需解决的问题之一。近年来由于制药工业的飞速发展，特别是抗生素的出现给世界的水资源带来了严重的污染。含有抗生素的废水是一类生物降解难度大，环境中残留量高，生物毒性强的高浓度有机废水。
目前尚未出现一种能够方便快捷处理溶解性污染物，并通过上浮法将污染物分离的处理剂。因此，如何设计一种水处理剂，以实现简单快速地处理和分离废水中溶解性污染物，是本领域技术人员研究的方向。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于解决现有技术中对印染废水中溶解性污染物处理后分离困难的问题，提供一种浮吸剂，能够有效处理溶解性污染物，且处理后的污染物能够上浮，从而实现污染物与水体的快速分离。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：
一种浮吸剂，包括空心玻璃微珠和硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂接枝在所述空心玻璃微珠外表面，其中，所述硅烷偶联剂为对染料有特异性的硅烷偶联剂，且空心玻璃微珠与硅烷偶联剂的质量比为1～2：1。所述对染料有特异性的硅烷偶联剂是指能与染料本身的阴离子基团或阳离子基团相互作用从而吸附该染料的硅烷偶联剂。
进一步，所述浮吸剂的硅烷偶联剂上接枝有高分子有机物单体。
进一步，所述高分子有机物单体为2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵。
进一步，所述硅烷偶联剂为kh550、kh540、kh551、kh580、kh602、kh791、kh792、kh901、kh902、nd-22、nd-42或si-69中的一种或多种。
进一步，所述空心玻璃微珠为美国3mtm公司生产的im16k型。
本发明还提供一种浮吸剂的制备方法，具体方法包括如下步骤：
s1、将空心玻璃微珠在70℃～90℃下放入浓度范围为0.3mol/l～3mol/l的氢氧化钠溶液中搅拌0.5～3h，进行预处理以增加其表面的硅烷醇基并在50℃～120℃的温度下干燥，
s2、取预处理后的空心玻璃微珠放入超纯水、无水乙醇和硅烷偶联剂的混合溶液中，其中超纯水和无水乙醇的质量比为1：1，质量分数合计为95%～99%，硅烷偶联剂的质量分数为1%～5%，在温度范围为40℃～90℃条件下搅拌0.5～3h，使空心玻璃微珠表面覆盖足量的硅烷偶联剂，然后在50℃～120℃的温度下干燥，即得硅烷偶联剂包覆的空心玻璃微珠。
本发明还提供一种浮吸剂的制备方法，具体方法包括如下步骤：
s11、将空心玻璃微珠在70℃～90℃下放入浓度范围为0.3mol/l～3mol/l的氢氧化钠溶液中搅拌0.5～3h，进行预处理以增加其表面的硅烷醇基并在50℃～120℃的温度下干燥，
s12、取预处理后的空心玻璃微珠放入超纯水、无水乙醇和硅烷偶联剂的混合溶液中，其中超纯水和无水乙醇的质量比为1：1，质量分数合计为95%～99%，硅烷偶联剂的质量分数为1%～5%，在温度范围为40℃～90℃条件下搅拌0.5～3h，使空心玻璃微珠表面覆盖足量的硅烷偶联剂，然后在50℃～120℃的温度下干燥，即得硅烷偶联剂包覆的空心玻璃微珠。
s13、将s2中得到的空心玻璃微珠与超纯水按体积比为1：1～1：3的比例混合并置于氮气环境中，加入质量占反应体系总质量1%～5%的过硫酸钾，在温度范围为40℃～90℃条件下搅拌5～20min以活化硅烷偶联剂所带的氨基，之后加入质量占反应体系总质量分数为5%～25%的高分子有机物单体，在温度范围为30℃～60℃条件下搅拌、反应1～5h以形成有机物接枝，最后将所得产品在50℃～120℃的温度下干燥24h，即得最终产物浮吸剂。
进一步，所述步骤s1和s11中，氢氧化钠溶液由超纯水配制，所述超纯水电阻率为18.0mω/cm。所述步骤s1、s2、s11、s12和s13中，搅拌速率为60～240rpm。
本发明还公开浮吸剂在污水处理中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明中的浮吸剂采用密度小于1的空心玻璃微珠，通过在空心玻璃微珠上接枝对染料有特异性的硅烷偶联剂，接枝有硅烷偶联剂的浮吸剂在吸附可溶性污染物后，能够快速稳定的上浮，后续的分离过程也更经济便捷，从而实现溶解性污染物的吸附和分离，从根本上改变现有的分离工艺。使用空心玻璃微珠上接枝硅烷偶联剂kh550的浮吸剂，对橙黄2的去除率为92.35%。
2、本发明中的浮吸剂采用以硅烷偶联剂作为桥梁将高分子有机物单体接枝在空心玻璃微珠上，使得高分子有机物单体在吸附可溶性污染物后，也能够快速稳定的上浮，并能够被快速的从污水中分离从而实现溶解性污染物的吸附和快速分离。使用接枝高分子有机物单体的浮吸剂，对橙黄2的去除率为87.53%，对亚甲基蓝的吸附容量为436.82～519.14mg/g，对孔雀石绿的吸附容量为637.36mg/g，对碱性品红的吸附容量为457.85mg/g，对结晶紫的吸附容量为399.40mg/g。
3、由于空心玻璃微珠呈近似球体的形状，因此采用空心玻璃微珠制成的浮吸剂拥有较大的吸附容量。相对于传统的吸附剂，采用空心玻璃微珠制成的浮吸剂比表面积更大，有效利用率更高，且在制备过程中原材料的损失小，因此，能够降低可溶性污染性的处理成本，具有良好的经济效益。
4、由于空心玻璃微珠具有成本低廉、强度高、吸水率小、粒径集中、分散性好等优点，因此，采用该空心玻璃微珠制备的浮吸剂在工作时具有优异稳定性，从而确保污水处理的稳定性。
5、本发明制备的浮吸剂，其吸附过程是可逆的。浮吸剂在碱性条件下实现对阳离子染料的吸附，在酸性条件（ph＜1.5）下实现脱附；或者浮吸剂在酸性条件下实现对阴离子染料的吸附，在碱性条件（ph＞12.5）下实现脱附。脱附后的浮吸剂用中性液洗涤即可完成再生过程，从而实现浮吸剂的重复利用，进一步提高了浮吸剂的经济性。
6、本发明中的浮吸剂的制备方法简单，制备成本低廉，且在浮吸剂制备过程中，不使用有毒有害的化学品，整个制备过程清洁卫生、绿色环保、低碳节能。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
s1、称量10g空心玻璃微珠置于500ml的烧杯中，再加入300ml浓度为0.5mol/l的naoh溶液，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌1.5h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其进行反复的清洗并过滤，直至滤液为中性，所得白色固体在恒温干燥箱中以60℃的温度干燥24h，得到白色粉末。
s2、称量10gs1中所得白色粉末，置于500ml的烧杯中，加入150ml超纯水，150ml无水乙醇和10ml硅烷偶联剂kh550，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌2h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h，所得产品为白色粉末。
制备的浮吸剂在恒温水浴震荡箱中进行吸附试验，初始ph为2，浮吸剂投加量为1mg/ml，环境温度为45℃，染料初始浓度为100mg/l,吸附时间为5h，对橙黄2的去除率为92.35%。
实施例2：
s11、称量10g空心玻璃微珠置于500ml的烧杯中，再加入300ml浓度为0.5mol/l的naoh溶液，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌1.5h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其进行反复的清洗并过滤，直至滤液为中性，所得白色固体在恒温干燥箱中以60℃的温度干燥24h，得到白色粉末。
s12、称量10gs1中所得白色粉末，置于500ml的烧杯中，加入150ml超纯水，150ml无水乙醇和10ml硅烷偶联剂kh550，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌2h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h，所得产品为白色粉末。
s13、称量10gs2中所得产品置于500ml圆底烧瓶中，加入200ml超纯水，通入n2冲洗5min，在密闭的无氧条件下将其置于50℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌。称量过硫酸钾0.5g，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（amps）10g，分别置于100ml烧杯中，加入10ml超纯水搅拌至完全溶解，通入n2冲洗5min后将浓度为0.05g/ml过硫酸钾水溶液加入正在搅拌的圆底烧瓶中，继续搅拌10min使表面的氨基(-nh2)活化，之后将浓度为1g/mlamps水溶液加入圆底烧瓶中，继续搅拌3h，使amps接枝在ahgm（硅烷偶联剂kh550接枝的空心玻璃微珠）上，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h后，所得白色粉末即为浮吸剂。
制备的浮吸剂在恒温水浴震荡箱中进行吸附试验，初始ph为9，浮吸剂投加量为1mg/ml，环境温度为50℃，染料初始浓度为1000mg/l,吸附时间为5h，对亚甲基蓝的吸附容量为436.82mg/g，对孔雀石绿的吸附容量为637.36mg/g，对碱性品红的吸附容量为457.85mg/g，对结晶紫的吸附容量为399.40mg/g。
实施例3：
s11、称量10g空心玻璃微珠置于500ml的烧杯中，再加入300ml浓度为0.5mol/l的naoh溶液，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌2h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其进行反复的清洗并过滤，直至滤液为中性，所得白色固体在恒温干燥箱中以60℃的温度干燥24h，得到白色粉末。
s12、称量10gs1中所得白色粉末，置于500ml的烧杯中，加入150ml超纯水，150ml无水乙醇和10ml硅烷偶联剂kh550，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌2h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h，所得产品为白色粉末。
s13、称量10gs2中所得产品置于500ml圆底烧瓶中，加入200ml超纯水，通入n2冲洗5min，在密闭的无氧条件下将其置于50℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌。称量过硫酸钾0.5g，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（amps）10g，分别置于100ml烧杯中，加入10ml超纯水搅拌至完全溶解，通入n2冲洗5min后将浓度为0.05g/ml过硫酸钾水溶液加入正在搅拌的圆底烧瓶中，继续搅拌10min使表面的氨基(-nh2)活化，之后将浓度为1g/mlamps水溶液加入圆底烧瓶中，继续搅拌3h，使amps接枝在ahgm上，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h后，所得白色粉末即为浮吸剂。
在恒温水浴震荡箱中进行吸附试验，初始ph为9，浮吸剂投加量为1mg/ml，环境温度为50℃，染料初始浓度为1000mg/l,吸附时间为5h，对亚甲基蓝的吸附容量为502.33mg/g。
实施例4：
s11、称量10g空心玻璃微珠置于500ml的烧杯中，再加入300ml浓度为0.5mol/l的naoh溶液，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌1.5h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其进行反复的清洗并过滤，直至滤液为中性，所得白色固体在恒温干燥箱中以60℃的温度干燥24h，得到白色粉末。
s12、称量10gs1中所得白色粉末，置于500ml的烧杯中，加入150ml超纯水，150ml无水乙醇和20ml硅烷偶联剂kh550，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌2h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h，所得产品为白色粉末。
s13、称量10gs2中所得产品置于500ml圆底烧瓶中，加入200ml超纯水，通入n2冲洗5min，在密闭的无氧条件下将其置于50℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌。称量过硫酸钾0.5g，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（amps）10g，分别置于100ml烧杯中，加入10ml超纯水搅拌至完全溶解，通入n2冲洗5min后将浓度为0.05g/ml过硫酸钾水溶液加入正在搅拌的圆底烧瓶中，继续搅拌10min使表面的氨基(-nh2)活化，之后将浓度为1g/mlamps水溶液加入圆底烧瓶中，继续搅拌3h，使amps接枝在ahgm上，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h后，所得白色粉末即为浮吸剂。
在恒温水浴震荡箱中进行吸附试验，初始ph为9，浮吸剂投加量为1mg/ml，环境温度为50℃，染料初始浓度为1000mg/l，吸附时间为5h，对亚甲基蓝的吸附容量为455.27mg/g。
实施例5：
s11、称量10g空心玻璃微珠置于500ml的烧杯中，再加入300ml浓度为0.5mol/l的naoh溶液，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌1.5h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其进行反复的清洗并过滤，直至滤液为中性，所得白色固体在恒温干燥箱中以60℃的温度干燥24h，得到白色粉末。
s12、称量10gs1中所得白色粉末，置于500ml的烧杯中，加入150ml超纯水，150ml无水乙醇和10ml硅烷偶联剂kh550，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌2h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h，所得产品为白色粉末。
s13、称量10gs2中所得产品置于500ml圆底烧瓶中，加入200ml超纯水，通入n2冲洗5min，在密闭的无氧条件下将其置于50℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌。称量过硫酸钾1g，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（amps）10g，分别置于100ml烧杯中，加入10ml超纯水搅拌至完全溶解，通入n2冲洗5min后将浓度为0.1g/ml过硫酸钾水溶液加入正在搅拌的圆底烧瓶中，继续搅拌10min使表面的氨基(-nh2)活化，之后将浓度为1g/mlamps水溶液加入圆底烧瓶中，继续搅拌3h，使amps接枝在ahgm上，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h后，所得白色粉末即为浮吸剂。
在恒温水浴震荡箱中进行吸附试验，初始ph为9，浮吸剂投加量为1mg/ml，环境温度为50℃，染料初始浓度为1000mg/l,吸附时间为5h，对亚甲基蓝的吸附容量为485.84mg/g。
实施例6：
s11、称量10g空心玻璃微珠置于500ml的烧杯中，再加入300ml浓度为0.5mol/l的naoh溶液，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌1.5h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其进行反复的清洗并过滤，直至滤液为中性，所得白色固体在恒温干燥箱中以60℃的温度干燥24h，得到白色粉末。
s12、称量10gs1中所得白色粉末，置于500ml的烧杯中，加入150ml超纯水，150ml无水乙醇和10ml硅烷偶联剂kh550，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌2h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h，所得产品为白色粉末。
s13、称量10gs2中所得产品置于500ml圆底烧瓶中，加入200ml超纯水，通入n2冲洗5min，在密闭的无氧条件下将其置于50℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌。称量过硫酸钾0.5g，2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（amps）15g，分别置于100ml烧杯中，加入10ml超纯水搅拌至完全溶解，通入n2冲洗5min后将浓度为0.05g/ml过硫酸钾水溶液加入正在搅拌的圆底烧瓶中，继续搅拌10min使表面的氨基(-nh2)活化，之后将浓度为1.5g/mlamps水溶液加入圆底烧瓶中，继续搅拌3h，使amps接枝在ahgm上，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h后，所得白色粉末即为浮吸剂。
在恒温水浴震荡箱中进行吸附试验，初始ph为9，浮吸剂投加量为1mg/ml，环境温度为50℃，染料初始浓度为1000mg/l,吸附时间为5h，对亚甲基蓝的吸附容量为519.14mg/g。
实施例7：
s11、称量10g空心玻璃微珠置于500ml的烧杯中，再加入300ml浓度为0.5mol/l的naoh溶液，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌1.5h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其进行反复的清洗并过滤，直至滤液为中性，所得白色固体在恒温干燥箱中以60℃的温度干燥24h，得到白色粉末。
s12、称量10gs1中所得白色粉末，置于500ml的烧杯中，加入150ml超纯水，150ml无水乙醇和10ml硅烷偶联剂kh550，在80℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌2h，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在60℃的恒温干燥箱中干燥24h，所得产品为白色粉末。
s13、称量10gs2中所得产品置于500ml圆底烧瓶中，加入200ml超纯水，通入n2冲洗5min，在密闭的无氧条件下将其置于50℃的恒温水浴锅中以100转/分钟的速度搅拌。称量过硫酸钾0.5g，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（dmc）20ml，分别置于100ml烧杯中，在过硫酸钾中加入10ml超纯水搅拌至完全溶解，通入n2冲洗5min后将浓度为0.05g/ml过硫酸钾水溶液加入正在搅拌的圆底烧瓶中，继续搅拌10min使表面的氨基(-nh2)活化，之后将质量分数为75%的dmc水溶液加入圆底烧瓶中，继续搅拌3h，使dmc接枝在ahgm上，待白色悬浮液冷却后，用超纯水对其清洗并过滤，所得白色固体在50℃的恒温干燥箱中干燥24h后，所得白色粉末即为浮吸剂。
制备的浮吸剂在恒温水浴震荡箱中进行吸附试验，初始ph为2，浮吸剂投加量为1mg/ml，环境温度为45℃，染料初始浓度为100mg/l，吸附时间为5h，对橙黄2的去除率为87.53%。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。