申请日2015.03.23
公开(公告)日2015.07.22
IPC分类号C02F1/28; B01J20/30; B01J20/24; C02F1/62
摘要
本发明公开了一种壳聚糖与磁性生物炭复合的磁性吸附剂去除废水中六价铬的方法，该复合物包括磁性生物炭，在磁性生物炭基体上结合了壳聚糖;该制备方法的步骤包括：先利用FeCl3·6H2O对水葫芦生物质进行浸泡，然后对浸泡过的生物质进行热解煅烧，从而制得磁性生物炭，再将壳聚糖复合到磁性生物炭表面;该应用的步骤是：向含浓度为20～500mg/L的六价铬废水中加入该复合材料，复合材料使用量为1～2g/L，在10～50℃下振荡吸附反应一段时间后，用磁铁将复合物与废水分离，完成对六价铬离子的去除。本发明具有成本低廉、工艺简单、吸附性能高且易分离、环境友好等优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种利用壳聚糖/磁性生物炭复合材料去除废水中六价铬离子的方法，所述方法包括 以下步骤：向含浓度为20～500mg/L的六价铬废水中加入该复合材料，复合材料使用量为 1～2g/L，调节pH值为2～7，在反应温度为10～50℃的恒温振荡器中，控制振荡器转速100～ 200转/分钟，振荡反应1～24h，反应完成后用磁铁将复合物与废水分离，完成对六价铬离子 的去除。
2.根据权利要求1所述的利用壳聚糖/腐植酸修饰的磁性吸附剂去除废水中铅的方法， 其特征在于，所述壳聚糖/腐植酸修饰的磁性吸附剂是通过以下步骤制备得到：
(1)将20～40gFeCl3·6H2O溶解到100～150mL去离子水中，配成一定浓度的氯化铁溶 液，将10～25g水葫芦生物质浸泡到该氯化铁溶液中，用玻璃棒搅拌10min，然后静置浸泡12h;
(2)把浸泡过的水葫芦生物质50～60℃烘干，研磨，过100目筛;
(3)把过好筛处理过的水葫芦生物质放入管式炉中，400～600℃，通N2，烧1～2h，即 得到磁性生物炭。把得到的磁性生物炭用去离子水洗涤2～3次，50～60℃烘干，研磨，过100 目筛;
(4)将3～6g壳聚糖溶于体积百分数为1～2%的乙酸溶液中，配制成质量百分数为 0.3～0.6%的壳聚糖溶液;
(5)取3～6g磁性生物炭，加入到步骤(4)所得壳聚糖溶液中，40～50℃，搅拌30～50min， 加入1～2%戊二醛，40～50℃，搅拌30～50min，然后加入1mol/L的NaOH调节pH为9～10， 继续搅拌30～60min，所得产物经冷却，分离、洗涤后，40～50℃烘干、研磨、过100目筛， 即得到壳聚糖/磁性生物炭符合材料吸附剂。
3.根据权利要求1所述的利用壳聚糖/磁性生物炭复合材料去除废水中六价铬离子的方 法，其特征在于：所述废水中六价铬离子的浓度控制在20～500mg/L。
4.根据权利要求1所述的利用壳聚糖/磁性生物炭复合材料去除废水中六价铬离子的方 法，其特征在于：所述吸附反应的pH值为2～7。
5.根据权利要求1所述的利用壳聚糖/磁性壳聚糖复合材料去除废水中六价铬离子的方 法，其特征在于：所述吸附反应温度为10～50℃。
6.根据权利要求1所述的利用壳聚糖/磁性生物炭复合材料去除废水中六价铬离子的方 法，所述分离步骤为利用磁铁分离。
说明书
一种壳聚糖与磁性生物炭复合的磁性吸附剂去除废水中六价铬的方法
技术领域
本发明属于环境功能材料和水处理新技术领域，具体地说是采用一种壳聚糖与磁性生物 炭复合的磁性吸附剂去除废水中六价铬的方法。
背景技术
铬的工业用途很广，主要有金属加工、电镀、制革行业，这些行业排放的废水和废气是 环境中的主要污染源。作为一种有毒重金属，铬具有很强的毒性和生物蓄积性的特征，它即 使在非常低的浓度下都可引起严重的健康问题。通常情况下，铬在废水中以三价铬和六价铬 两个稳定态存在。其中六价铬致突变和致癌性远大与三价铬。我国《污水综合排放标准》 (GB8978-1996)中明确规定工业废水中总铬含量不得超过1.5mg/L，六价铬含量不得超过 0.5mg/L。因此在废水排放前，去除这些有毒的重金属离子尤为重要。目前常用的处理方法主 要有沉淀法，电解法、膜析法、离子交换法、吸附法等。其中，吸附法因其高效、低价和可 回收废水中重金属等优点受到越来越多的关注。常用的吸附剂有碳纤维材料、沸石、粘土矿 物和一些氧化物等。在实际应用中，由于原料来源不丰富、吸附能力不够等原因，限制了这 些吸附剂的广泛应用。因此，制备一种能够解决这些问题的吸附剂具有重大的现实意义。
天然材料作为吸附剂一直是水处理领域研究的热点，其主要原因在于，天然材料价格低 廉、来源广泛，环境相容且不会造成二次污染。生物炭(Biochar)是废弃生物材料通过高温 热裂解的方法在缺氧或少氧的条件下形成的一类高度芳香难熔性固体物质，多由疏松多孔、 排列有序的芳香环片层组成。生物炭表面多孔性特征显著，故生物炭比表面积巨大，表面能 高。这些特性使得生物炭在吸附废水中的重金属等污染物方面具有巨大的潜力。但是由于生 物炭颗粒较小，在吸附后很难从废水中分离。通过将磁性纳米粒子负载在生物炭颗粒上而合 成的磁性生物炭解决了这个问题。但是经过研究验证磁性生物炭的吸附性能还远达不到要求 标准。为了进一步提高符合材料的吸附性能，就需要在其表面增加对重金属离子具有较强螯 合作用的吸附位点。壳聚糖是由几丁质脱乙酰化得到的天然高分子化合物，具有良好的可降 解性和环境相容性。壳聚糖分子中大量的羟基和氨基使其具有较强的反应能力，能够与金属 离子发生螯合反应。因此，通过把壳聚糖与磁性生物炭复合，增加重金属的吸附位点，从而 提高其对重金属的吸附能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸附容量大、成本低、制备 简单且易分离的去除废水中六价铬的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种利用壳聚糖/腐植酸修饰的磁性吸 附剂去除废水中铅的方法，所述方法包括以下步骤：取一定量的六价铬废水，将一定量的壳 聚糖/磁性生物炭吸附剂添加到废水中，在恒温振荡器中振荡吸附，反应完成后用磁铁将吸附 剂分离，完成对废水中六价铬的去除。
上述技术方案中，所述壳聚糖/磁性生物炭吸附剂由以下步骤制得：
(1)将20～40gFeCl3·6H2O溶解到100～150mL去离子水中，配成一定浓度的氯化铁溶 液，将10～25g水葫芦生物质浸泡到该氯化铁溶液中，用玻璃棒搅拌10min，然后静置浸泡12h;
(2)把浸泡过的水葫芦生物质50～60℃烘干，研磨，过100目筛;
(3)把过好筛处理过的水葫芦生物质放入管式炉中，400～600℃，通N2，烧1～2h，即 得到磁性生物炭。把得到的磁性生物炭用去离子水洗涤2～3次，50～60℃烘干，研磨，过100 目筛;
(4)将3～6g壳聚糖溶于体积百分数为1～2%的乙酸溶液中，配制成质量百分数为 0.3～0.6%的壳聚糖溶液;
(5)取3～6g磁性生物炭，加入到步骤(4)所得壳聚糖溶液中，40～50℃，搅拌30～50min， 加入1～2%戊二醛，40～50℃，搅拌30～50min，然后加入1mol/L的NaOH调节pH为9～10， 继续搅拌30～60min，所得产物经冷却，分离、洗涤后，40～50℃烘干、研磨、过100目筛， 即得到壳聚糖/磁性生物炭符合材料吸附剂。
上述制备方法中，制备的顺序为先制备磁性生物炭，再制备壳聚糖/磁性生物炭复合材料。
本发明还提供一种上述的壳聚糖/磁性生物炭复合材料应用于去除六价铬离子的方法，包 括以下步骤：向含浓度为20～500mg/L的六价铬废水中加入该复合材料，复合材料使用量为 1～2g/L，在10～50℃下振荡吸附反应一段时间后，用磁铁将复合物与废水分离，完成对六价 铬离子的去除。
上述应用中，所述吸附反应的pH值优选为2～7;
上述应用中，所述吸附反应时间优选为1～24小时;
上述技术方案中，所述恒温振荡器转速优选为100～200转/分钟。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明的壳聚糖/磁性生物炭，具有比表面积大、表面吸附位点多且易与金属离子结 合的特点、吸附效率高，且其具有磁性，很容易从处理后的废水中分离，为废水重金属污染 的治理提供了新理论;
2.原材料来源丰富，成本低，且其制备方法和工艺简单，能够有效实现工业化生产;
3.本发明的壳聚糖/磁性生物炭对重金属六价铬的去除效率高，处理工艺简单且易于操 作。
