一种CO2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂的制备方法和应用与流程

本发明属于吸附材料领域，涉及一种吸附重金属离子的环境友好型吸附材料，具体涉及一种co2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂的制备方法和应用。

背景技术：

1、重金属离子废水主要来源于印染、电镀、采矿等行业产生的废水，重金属离子会通过食物链在动物和植物之间转移，对人类造成严重伤害。吸附法是一种去除重金属离子的有效方法，其操作过程简单、设备要求低、成本低，目前，需要开发一种高效、易于回收和可再生利用、吸附容量大、吸附和解吸速度快的重金属离子吸附剂。

2、壳聚糖及其复合材料应用于重金属离子的吸附已经有大量研究报道，其重点在于如何提高吸附容量，虽然吸附剂的吸附性能很重要，但再生能力更为关键，是评价吸附剂在实际应用中可行性和成本的主要因素。目前，大多数研究人员使用稀hcl、hno3和h2so4等作为壳聚糖基吸附剂吸附重金属后的洗脱剂。这主要是因为h+对吸附剂的供电子基团具有较高的吸附亲和力，从而取代了吸附剂上吸附的金属离子，使用酸性洗脱液可实现较高的解吸率。然而，高反应活性和高浓度的h+离子容易破坏壳聚糖的主链结构，使壳聚糖的吸附能力大大降低，甚至导致壳聚糖吸附剂的分解，此外，酸性溶液会腐蚀设备，对生产造成很大的负面影响，对酸性废水进行碱中和也将增加运行成本。一些研究人员还利用乙二胺四乙酸(edta)等螯合剂实现了高解吸率，这些螯合剂富含给电子基团，如羧酸和胺基，可以与带正电的金属阳离子形成配合物，然而，使用螯合剂通常会产生二次有机污染物。因此，开发一种重金属吸附剂的免化学试剂再生技术具有重要的经济意义和环境效益。

3、基于这些问题，我们通过将co2响应性聚合物与氨基化的磁性壳聚糖微球相结合，制备co2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂，应用于重金属离子的吸附和智能化解吸。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供一种co2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂的制备方法和应用，该吸附剂对co2具有响应性，从而调控对重金属离子的吸附和解吸。在未通入co2前，该吸附剂对重金属离子有很强的吸附作用，在吸附后，在co2的作用下对重金属离子进行解吸，实现吸附剂的重复使用。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种co2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)磁性壳聚糖微球的制备：将一定量的壳聚糖粉末溶解在50ml(1％，v/v)醋酸溶液中，向烧杯中加入一定量的fe3o4磁性颗粒并混合均匀。将该混合物滴加到由4ml span-80和50ml石蜡组成的乳液系统中。当温度升至40℃时，滴加5ml质量分数为25％的戊二醛溶液，随后将混合物搅拌反应2h。通过磁铁收集产物，并使用石油醚、无水乙醇和蒸馏水洗涤干净，将磁性壳聚糖微球置于50℃的真空干燥箱中干燥5h，即可获得磁性壳聚糖微球。

5、(2)磁性壳聚糖微球的氨基化改性：取一定量的磁性壳聚糖微球超声分散于100ml蒸馏水中，滴加一定量的3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2ml质量分数为25％的戊二醛溶液和一定量的三乙烯四胺，在50℃的水浴锅中以200r/min的转速搅拌反应4h，取出洗净，在50℃下将产物真空干燥5h后获得氨基化改性磁性壳聚糖微球。

6、(3)co2响应型磁性壳聚糖微球的制备：取一定量的氨基化改性磁性壳聚糖微球超声分散于50ml蒸馏水中，加入一定量的单体二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺，0.1g过硫酸钾，在氮气氛围下加热一段时间，取出洗净得到co2响应型磁性壳聚糖微球。

7、作为技术方案的优选，步骤(1)中，所述壳聚糖粉末的质量为0.5～2g、fe3o4磁性颗粒的质量为0.1～0.5g。

8、作为技术方案的优选，步骤(2)中，所述磁性壳聚糖微球的质量为0.5～1.5g、3-氨基丙基三乙氧基硅烷的体积为0.5～1.5ml、三乙烯四胺的体积为2～5ml。

9、作为技术方案的优选，步骤(3)中，所述氨基化改性磁性壳聚糖微球的质量为0.5～1.5g、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的体积为0.5～1.5ml。

10、作为技术方案的优选，步骤(3)中，所述氮气氛围下加热温度为50～70℃，加热反应时间为2～5h。

11、一种如上所述的制备方法制得的co2响应型磁性壳聚糖微球，该吸附剂可以吸附水体中的重金属离子，在通入co2时可以解吸所吸附的金属离子。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

13、1、本发明的co2响应型磁性壳聚糖微球具有co2响应性，在吸附重金属离子后，可以采用通入co2的气体的方式实现重金属的解吸，解吸过程不需要额外的酸性溶剂，是一种绿色环保的解吸方式。

14、2、本发明的co2响应型磁性壳聚糖微球具有丰富的氨基、叔氨基和羟基等活性基团，对重金属离子具有很强的吸附性能。

15、3、本发明的co2响应型磁性壳聚糖微球的制备方法中，所用的原料均是商品化的工业品，合成工艺容易实现和调控。因此，本发明制备工艺简单、操作方便、条件温和、原料易得、成本较低，适合工业化大规模生产。

技术特征：

1.一种co2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的co2响应型磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述壳聚糖粉末的质量为0.5～2g、fe3o4磁性颗粒的质量为0.1～0.5g。

3.根据权利要求1所述的co2响应型磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述磁性壳聚糖微球的质量为0.5～1.5g、3-氨基丙基三乙氧基硅烷的体积为0.5～1.5ml、三乙烯四胺的体积为2～5ml。

4.根据权利要求1所述的co2响应型磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氨基化改性磁性壳聚糖微球的质量为0.5～1.5g、二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺的体积为0.5～1.5ml。

5.根据权利要求1所述的co2响应型磁性壳聚糖微球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述氮气氛围下加热温度为50～70℃，加热反应时间为2～5h。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的制备方法制得的co2响应型磁性壳聚糖微球。

7.根据权利要求1所述的一种co2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂的制备方法和应用，其特征在于，所述co2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂可以吸附水体中的重金属离子，在通入co2时可以解吸所吸附的金属离子。

技术总结
本发明公开一种CO2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂的制备方法和应用，属于功能材料制备及水环境保护技术领域。这种制备方法包括以下步骤：首先以壳聚糖和Fe3O4磁性颗粒为主要原料制备磁性壳聚糖微球，然后进行氨基化改性，最后接枝CO2响应型聚合物聚二甲氨基丙基甲基丙烯酰胺，从而得到CO2响应型磁性壳聚糖微球吸附剂。该吸附剂对重金属离子具有很强的吸附性能，在吸附饱和后，可以采用通入CO2气体的方式进行解吸，实现吸附剂的再生，避免了解吸溶剂的使用，展现出良好的应用前景。

技术研发人员：范松林
受保护的技术使用者：深圳市长隆科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1