一种吸附污水中甲基橙的磁性壳聚糖复合材料的制备方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，具体的是一种吸附污水中甲基橙的磁性壳聚糖复合材料的制备方法及其应用。

背景技术：

水是生命之源，更是人类生活和工农业发展必不可少的能源，总而言之，人类离不开水源。但是随着这些年来人类社会的进步，特别是工业化的迅速发展，我国甚至是全球范围的环境问题日益严峻，对人类生活和发展造成极大的威胁。

其中，印染废水的排放量每年以不同比率的增加，在整个工业废水中逐渐占据较大比例。全球染料年产量约为80至90万吨，而中国染料的生产量就约占当中的15%至20%，交易量长期居于世界第二位，被称作“染料大国”。然而印染污水未经合理的处理直接排放流入环境，产生了严重的水体污染，不仅影响到了附近的生态环境，威胁到附近生物的合理生存，更加间接地影响到了人类的生活与生存。在我国面临严峻的水资源短缺情况下，印染污水的未处理排放无疑是雪上加霜。面临如此困境一个行之有效的污水处理方法呼之欲出。但印染废水具有有机成分含量较大，组成成分比较复杂，对水体的污染颜色较深，对水质影响大等特点，使其成为了全球公认的污水处理难题。

近几年随着印染行业的发展，大量的新型印染助剂进入印染厂，使得不少新型难降解有机物如甲基橙进入水体，大大增加了印染厂污水处理的难度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种吸附污水中甲基橙的磁性壳聚糖复合材料及其应用，本发明以蒙脱土为载体，以壳聚糖、fe3o4微粒为掺杂改性剂，制备了不同壳聚糖和fe3o4微粒掺杂比例的磁性壳聚糖复合材料，得到的磁性壳聚糖对甲基橙具有良好的吸附性能。

本发明所提供的技术方案是：

一种吸附污水中甲基橙的磁性壳聚糖复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）称取feso4·7h2o固体、fecl3·6h2o固体置于250ml三颈烧瓶中，配制成fecl3和feso4的混合溶液；

（2）将三颈烧瓶放入70℃的恒温水浴锅中，往装有fecl3和feso4的混合溶液的三颈烧瓶中通入氮气，在氮气保护下以100r/min的速度搅拌，向三颈烧瓶中逐滴加入naoh溶液调节ph至10，瓶中产生黑色沉淀，液体呈黑色时，再继续置于70℃恒温水浴中搅拌反应1.5h，降低水浴温度至50℃，停止搅拌，在此条件下将生成物质静置晶化1.5h；

（3）在外加磁场作用下，将沉淀物与上层清液分离，倾去上层清液，加入200ml蒸馏水重复洗涤至上清液ph呈中性，然后取下层沉淀物置于60℃真空干燥12h，研磨，过200目筛，制得fe3o4微粒；

（4）准确称取10g蒙脱石，放入250ml锥形瓶中并在锥形瓶中加入200ml4mol/l的h2so4溶液中，开启磁力搅拌器充分搅拌溶解，形成蒙脱石悬浊液；在50℃条件下恒温水浴持续溶解反应4h，将锥形瓶内悬浊液倒入离心管，在8000r/min、25℃的条件下离心2min；倒掉上层清液，加入适量蒸馏水反复洗涤离心至上层清液呈中性，取下层固体于60℃干燥12h，研磨过200目筛，得到酸化蒙脱石；

（5）称取壳聚糖，放入250ml锥形瓶中并在瓶中加入在200ml质量分数为0.005%的hcl溶液，使用磁力搅拌器充分搅拌溶解并设置60℃恒温水，在此条件下搅拌溶解3h后，使用质量分数为5%hcl溶液调节ph至5；称取酸化蒙脱石、fe3o4微粒加入到锥形瓶中，改变恒温水浴温度至50℃，继续搅拌反应4h后，将瓶内悬浊液倒入离心管，在8000r/min、25℃的条件下离心，倒掉上层清液并加入适量蒸馏水反复洗涤离心至上层清液呈中性；取下层固体于60℃干燥12h，用玛瑙研钵研细后过200目筛，备用。

作为优选，步骤（1）中feso4·7h2o固体和fecl3·6h2o固体按摩尔比n(feso4•7h2o):n(fecl3•6h2o)=3:4。

作为优选，步骤（2）中naoh溶液的浓度为5mol/l。

作为优选，步骤（5）中蒙脱石与壳聚糖质量比为1:1.6，蒙脱石与fe3o4微粒质量比为1:0.2。

本发明还提供了所述的磁性壳聚糖在吸附污水中甲基橙中的应用，所述磁性壳聚糖的投加量为0.4g/l、ph为6.3、初始甲基橙浓度为40mg/l。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明的吸附污水中甲基橙的磁性壳聚糖复合材料的制备方法得到的得到的磁性壳聚糖复合材料对甲基橙具有良好的吸附性能，在吸附剂投加量为0.4g/l、ph为6.3、初始甲基橙浓度为40mg/l条件下，磁性壳聚糖的吸附率可达99.6%；本发明为磁性壳聚糖复合材料在吸附污水中甲基橙中的应用提供了理论基础。

附图说明

图1为磁性蒙脱石/壳聚糖的xrd图谱；

图2为蒙脱石的xrd图谱；

图3为fe3o4的xrd图谱；

图4为两种不同复合材料的ftir图谱。

具体实施方式

下面结合具体例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：磁性壳聚糖复合材料的制备

（1）fe3o4微粒的制备

在这里我们采用共沉淀法来制fe3o4微粒。按物质的量之比为n(fe²⁺):n(fe³⁺)=3:4配制fecl3·6h2o和feso4·7h2o的混合溶液，即取feso4·7h2o固体3g，取fecl3·6h2o固体3.88g放入250ml三颈瓶，加入100ml蒸馏水充分溶解。向三颈瓶中通入氮气，在氮气保护下用机械搅拌器100r/min恒速搅拌，并且控制恒温水浴70℃，向三颈瓶中缓慢滴加5mol/l的naoh溶液调节ph至10，瓶中产生黑色沉淀，液体呈黑色。在70℃恒温水浴中持续反应1.5h后，降低水浴温度到50℃，停止机械搅拌，在此条件下将生成物质静置晶化1.5h。通过外加磁场作用将沉淀物与上层清液分离，倒掉上层清液，加入200ml蒸馏水反复洗涤至上层清液呈中性，取下层沉淀物在60℃真空干燥12h，充分研磨过200目筛，备用。

（2）酸化蒙脱石的制备

准确称取10g蒙脱石，放入250ml锥形瓶中并在锥形瓶中加入200ml4mol/l的h2so4溶液中，开启磁力搅拌器充分搅拌溶解，形成蒙脱石悬浊液。在50℃条件下恒温水浴持续溶解反应4h，将锥形瓶内悬浊液倒入离心管，在8000r/min、25℃的条件下离心2min。倒掉上层清液，加入适量蒸馏水反复洗涤离心至上层清液呈中性，取下层固体于60℃干燥12h，研磨过200目筛，备用。

（3）壳聚糖的制备

准确称取1.6g壳聚糖（分别称取0.8g、1.0g、1.2g、1.4g、1.6g、1.8g、2.0g壳聚糖加入反应制备不同壳聚糖含量的壳聚糖/蒙脱石），放入250ml锥形瓶中并在瓶中加入在200ml质量分数为0.005%的hcl溶液，使用磁力搅拌器充分搅拌溶解并设置60℃恒温水，在此条件下搅拌溶解3h后，使用质量分数为5%hcl溶液调节ph至5。称取1g酸化蒙脱石、02gfe3o4微粒加入到锥形瓶中，改变恒温水浴温度至50℃，继续搅拌反应4h后，将瓶内悬浊液倒入离心管，在8000r/min、25℃的条件下离心，倒掉上层清液并加入适量蒸馏水反复洗涤离心至上层清液呈中性。取下层固体于60℃干燥12h，用玛瑙研钵研细后过200目筛，即得到磁性壳聚糖复合材料。

实施例2：磁性壳聚糖的表征

1）x-射线衍射（xrd）分析

xrd分析采用粉末压片法。取适量样品粉末加入专用衍射片槽中，用平滑的玻璃板轻轻压片，至得到平整样品粉末平面即可。所用测试仪器为日本岛津公司x-射线衍射仪6000。测试条件为：cu、ka辐射,λ=0,1541nm,测试管电压40kv，测试管电流30ma，扫描范围为2θ=5-70°，扫描速度为5°/min，步长为0.02°。按照bragg方程：λ=2dsinθ可分析矿物层间距的变化。

对磁性壳聚糖/蒙脱石、蒙脱石原矿和fe3o4进行xrd衍射分析，其图谱分别如图1-3。

由图1-3可知：磁性壳聚糖与原蒙脱石矿物相比，在衍射特征峰的2θ角位置有原蒙脱石的6.08°变为5.74°.根据布拉格方程可以计算出磁性壳聚糖的晶面间距由原蒙脱石的1.48nm变为1.57nm，增长幅度较小，可知是由于壳聚糖进入蒙脱石层间所致，表明壳聚糖有效附着于蒙脱石。此外磁性壳聚糖的xrd图谱在2θ=30.36°、35.64°、43.36°、53.84°、57.34°、62.98°六处均出现fe3o4的特征吸收峰，表明磁性壳聚糖中确实存在fe3o4，同样表明磁性壳聚糖确有磁性，能够再外加磁场下实现磁力分离。

2）傅里叶红外光谱仪（ft-ir）分析

红外光谱分析采用溴化钾压片法。取适量样品粉末加入溴化钾充分研磨，使用制片器压制样片，以纯溴化钾为背景，在波数为4000-500cm^-1的范围内进行红外光谱分析。

由4图可知：a为壳聚糖红外图谱，b为磁性壳聚糖红外图谱。壳聚糖、磁性壳聚糖这两种复合吸附剂在3741cm^-1、3606cm^-1、3620cm^-1、3422cm^-1处的特征峰为蒙脱石层间水o-h的吸收峰^[16]。在2900cm^-1、2934cm^-1处的特征峰为壳聚糖中-ch3、-ch2的不对称伸缩振动峰，在1520cm^-1、1502cm^-1处的特征峰为壳聚糖中氨基的质子化振动吸收峰，表明复合吸附剂中壳聚糖与蒙脱石已由静电作用结合。而磁性壳聚糖/蒙脱石在574cm^-1处的特征峰为fe-o的伸缩振动峰，表明fe3o4微粒已经负载与磁性壳聚糖。

另外，本发明还探讨了吸附时间、吸附剂用量、甲基橙初始浓度、ph、温度等因素对磁性壳聚糖吸附甲基橙效果的影响。

结果表明，在蒙脱石含量为1g，壳聚糖含量为1.6g，fe3o4微粒含量为0.2g时，制备所得的磁性壳聚糖对甲基橙具有良好的吸附性能。在吸附剂投加量为0.4g/l、ph为6.3、初始甲基橙浓度为40mg/l条件下，磁性壳聚糖的吸附率可达99.6%。本发明为磁性壳聚糖复合材料在吸附污水中甲基蓝中的应用提供了理论基础。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。