申请日2012.05.22
公开(公告)日2012.09.26
IPC分类号B01J20/30; C02F1/62; C02F1/28; B01J20/26
摘要
本发明属于高分子材料和环保技术领域，具体涉及一种适用于含铅废水的铅离子印迹交联壳聚糖纳米纤维吸附材料的制备方法。具体步骤为：将壳聚糖和氯化铅与三氟乙酸和二氯甲烷的混合溶液按照一定配比制备纺丝原液，采用静电纺丝工艺制备壳聚糖纳米纤维吸附材料，再经过交联剂交联和溶液洗涤除去螯合离子得到铅离子印迹的交联壳聚糖纳米纤维吸附材料。经过铅离子吸附实验表明，该吸附材料对于含铅废水中的铅离子吸附量达到500~700mg/g，远优于常规的吸附剂。且该吸附材料制备工艺简单易行，具有很好的推广价值。
权利要求书
1.一种用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)壳聚糖纳米纤维吸附材料制备阶段：将壳聚糖和铅盐加入至某混合溶剂中得到纺丝原液;将该纺丝原液加入到注射器中，由微量注射泵挤出，喷丝头接高压发生器的正极，采用铝箔作为接收装置，铝箔接地，进行静电纺丝，得到纳米纤维毡;壳聚糖和铅盐的质量比为5：1~20：1;
(2)壳聚糖纳米纤维吸附材料交联阶段：将静电纺丝制备得到的纳米纤维毡放入充满交联剂蒸汽的密闭容器中，进行交联反应;交联温度为20~80℃，交联时间为12~48h;
(3)交联壳聚糖纳米纤维吸附材料的离子印迹阶段：将交联反应后的纳米纤维毡用酸溶液洗涤以除去螯合的铅离子，得到所需产品。
2.根据权利要求1所述的用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的铅盐为氯化铅或硝酸铅的一种或二种。
3.根据权利要求1所述的用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的混合溶剂为三氟乙酸、二氯甲烷、碘佛醇或二甲基甲酰胺中一种以上，三氟乙酸、二氯甲烷、碘佛醇和二甲基甲酰胺体积比为1：1：1：1~20：1：1：5。
4.根据权利要求1所述的用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述纺丝原液的浓度为(w/v)3%~8%。
5.根据权利要求1所述的用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，其特征在于步骤(1)中静电纺丝的工艺参数为：流速在0.1~10 ml/h，采用5~16# 针头作为喷丝头，针头与铝箔之间的距离为8~25 cm，电压10~50 kV。
6.根据权利要求1所述的用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述交联剂为戊二醛、甲醛或乙二醛中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述酸溶液为盐酸、硝酸或EDTA中的一种或几种，所述酸溶液的浓度为0.1mol/L~1mol/L，所述的洗涤时间为4~24h。
8.根据权利要求1所述的用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，其特征在于制备得到的处理含铅废水吸附材料的吸附量为500~700mg/g。
说明书
一种用于处理含铅废水吸附材料的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料和环保技术领域，具体涉及一种用于处理含铅废水吸附材料的制备方法。
背景技术
废水中的铅离子主要来自铅矿的开采、冶炼以及工业生产的排放，当废水中含铅量达到0.1mg/L时，可以抑制水体的自净作用，给自然环境带来破坏性的影响。此外过量的铅会影响人体肾脏、造血系统、大脑等正常功能。因此，含有重金属铅离子的废水溶液都不能直接排放，需要采取一定的技术手段在废水排放之前对其进行处理。
目前传统的去除铅离子的方法有沉淀法、凝聚剂法、离子交换法、化学氧化法和吸附剂法等等，但是除了吸附剂法之外，其他方法由于价格昂贵、使用量大或者吸附率低等因素限制了其应用，因此吸附剂法成为去除废水中铅离子的一种优先方法。
在众多吸附剂中，壳聚糖是铅离子吸附剂的首选。因为壳聚糖本身是一种高脱乙酰度的甲壳糖衍生品，来源广泛，价格低廉，尤其是分子结构里面丰富的氨基和羟基会大量螯合铅离子，吸附效率高，因此常常被用来除去铅离子。
在本发明中我们采用铅离子印迹的交联壳聚糖纳米纤维毡作为铅离子的吸附剂，主要原因如下：
(1)和固体、颗粒或者粉末状的壳聚糖相比，报导指出纤维状吸附剂比商品化树脂有100多倍的吸附速率。近年来，利用静电纺丝技术制备纳米纤维的报道有很多。静电纺丝是聚合物溶液或熔体在高电压作用下喷射从而形成纳米纤维的过程。静电纺丝工艺简单，得到的壳聚糖纤维直径在纳米级，具有超高的比表面积和孔隙率。
(2)为了高效吸附铅离子，采用具有“记忆功能”的离子印迹法。离子印迹法是指先将部分螯合基团用待吸附的重金属离子螯合，再用稀酸除去螯合的重金属离子，得到离子印迹产物。由于其模板记忆效应因而具有非常好的离子吸附选择性和极高的吸附效率。
(3)为了保证离子印迹的壳聚糖纳米纤维毡在废水溶液中的稳定性，采用交联的方法提高其稳定性。文献报道的用于壳聚糖交联的交联剂有很多，有戊二醛、甲醛、环氧氯丙烷等等。
综上所述，采用铅离子印迹交联壳聚糖纳米纤维作为废水中含铅离子的吸附材料不仅具有纳米材料高吸附率的特点，而且还具备了铅离子印迹“记忆效应”所带来的优先吸附废水中铅离子从而提高铅离子吸附效率的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于处理含铅废水吸附材料的制备方法。
本发明提出的一种用于处理含铅废水吸附材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)壳聚糖纳米纤维吸附材料制备阶段：将壳聚糖和铅盐加入至某混合溶剂中得到纺丝原液;将该纺丝原液加入到注射器中，由微量注射泵挤出，喷丝头接高压发生器的正极，采用铝箔作为接收装置，铝箔接地，进行静电纺丝，得到纳米纤维毡;壳聚糖和铅盐的质量比为5：1~20：1;
(2)壳聚糖纳米纤维吸附材料交联阶段：将静电纺丝制备得到的纳米纤维毡放入充满交联剂蒸汽的密闭容器中，进行交联反应;交联温度为20~80℃，交联时间为12~48h;
(3)交联壳聚糖纳米纤维吸附材料的离子印迹阶段：将交联反应后的纳米纤维毡用酸溶液洗涤以除去螯合的铅离子，得到所需产品。
本发明中，步骤(1)中所述的铅盐为氯化铅或硝酸铅的一种或二种。
本发明中，步骤(1)中所述的混合溶剂为三氟乙酸、二氯甲烷、碘佛醇或二甲基甲酰胺中一种以上，三氟乙酸、二氯甲烷、碘佛醇和二甲基甲酰胺体积比为1：1：1：1~20：1：1：5。
本发明中，步骤(1)中所述纺丝原液的浓度为(w/v)3%~8%。
本发明中，步骤(1)中静电纺丝的工艺参数为：流速在0.1~10 ml/h，采用5~16# 针头作为喷丝头，针头与铝箔之间的距离为8~25 cm，电压10~50 kV。
本发明中，步骤(2)中所述交联剂为戊二醛、甲醛或乙二醛中的一种或几种。
本发明中，步骤(3)中所述酸溶液为盐酸、硝酸或EDTA(乙二胺四乙酸)中的一种或几种，所述酸溶液的浓度为0.1mol/L~1mol/L，所述的洗涤时间为4~24h。
利用本发明方法制备得到的处理含铅废水吸附材料的吸附量为500~700mg/g。
本发明的有益结果：
(1)制备的铅离子印迹交联壳聚糖纳米纤维的直径在200 nm~600 nm之间，具有高比表面积和孔隙率，表面更多的氨基和羟基用来吸附和螯合重金属铅离子，吸附效率远高于传统的固体壳聚糖吸附剂;
(2)制备的铅离子印迹交联壳聚糖纳米纤维的稳定性能高，在水溶液尤其是酸溶液中的稳定性得到了极大地提高,延长了吸附材料的使用寿命;
(3)制备的铅离子印迹交联壳聚糖纳米纤维的吸附选择性高，在溶液中同时存在几种金属离子的情况下，优先吸附铅离子，具有极高的吸附选择性从而具有优异的铅离子吸附效果。
