【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及水污染去除，尤其涉及一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、含銅、含鉻廢水主要來自于采礦、金屬電鍍、有色金屬加工及紡織等工業(yè)領(lǐng)域，其中電鍍行業(yè)尤其是重要的排放源。水體重金屬污染問題不僅對(duì)水生生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅，也對(duì)人類健康帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)。鉻和銅，雖然是人體所需的微量元素，但過量攝入可能對(duì)健康造成不可逆的傷害。鉻主要以cr(ⅵ)和cr(ⅲ)的形式存在，而cr(ⅵ)的毒性經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)是cr(ⅲ)的100倍。對(duì)于地表水中的cr(ⅵ)濃度，世界衛(wèi)生組織規(guī)定上限為0.1ppm。當(dāng)飲用水中cr(ⅵ)濃度超過此限值時(shí)，可能引發(fā)重金屬中毒、致癌和致突變等危害人體健康的癥狀。銅在水中以游離態(tài)cu(ii)和配合物形式存在。雖然氫氧化物和硫化物可用于固液分離，但由配位劑生成的穩(wěn)定性高的銅配合物比游離態(tài)更有害。作為持久性重金屬污染物，銅配合物難降解、易溶解、廣泛遷移，對(duì)細(xì)胞、水生植物和微生物有嚴(yán)重危害。我國規(guī)定工業(yè)廢水中cu(ii)最大排放濃度為1.0ppm，生活飲用水中銅離子濃度必須低于1.0ppm。傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)往往難以滿足對(duì)這兩種金屬離子高效去除的需求，因此對(duì)新型吸附材料和方法的研究變得尤為重要。
2、吸附是一種廣泛應(yīng)用于廢水處理的有效方法，其通過吸附劑與廢水中的有害物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)作用，實(shí)現(xiàn)有害物質(zhì)的分離和去除。在這一背景下，本專利涉及一種基于羧甲基殼聚糖、海藻酸鈉和生物炭的復(fù)合吸附劑，該吸附劑具有卓越的吸附性能，特別是對(duì)六價(jià)鉻和二價(jià)銅的高效去除能力。羧甲基殼聚糖作為一種天然的多羥基生物高
3、綜合考慮上述因素，本專利技術(shù)研究結(jié)果表明這三種材料的復(fù)合吸附劑在去除六價(jià)鉻和二價(jià)銅方面顯示出優(yōu)越的吸附性能。通過本專利技術(shù)專利的技術(shù)，不僅能夠高效去除六價(jià)鉻和二價(jià)銅，以凝膠球形式存在的吸附材料還具有可行性強(qiáng)、成本低廉、易分離和回收再利用的特點(diǎn)，為廢水處理領(lǐng)域提供了一種新的解決方案。通過對(duì)這一技術(shù)的詳細(xì)描述和闡述，本專利旨在為環(huán)境保護(hù)和廢水治理領(lǐng)域的從業(yè)者提供一種有效、經(jīng)濟(jì)的去除有害金屬離子的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球及其制備方法和應(yīng)用。該方法以羧甲基殼聚糖和海藻酸鈉2種天然高分子材料為基質(zhì)，添加?xùn)|南景天生物炭作為炭骨架制備得到具有豐富活性位點(diǎn)的生物炭復(fù)合凝膠珠，再對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性得到的丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球具有制備方法簡單、成本低廉、易分離和回收再利用，較大的比表面積及穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)等優(yōu)異特性能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)cr(ⅵ)、cu(ⅱ)的高效去除。
2、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，以海藻酸鈉、羧甲基殼聚糖和生物炭為基材，分散于水中混合均勻得到復(fù)合溶液，將復(fù)合溶液滴入氯化鈣溶液中形成生物炭復(fù)合凝膠珠；環(huán)氧氯丙烷作為中間接枝體改性生物炭復(fù)合凝膠珠后接枝丁二胺，將改性后的凝膠球放入戊二醛溶液中進(jìn)行表面交聯(lián)得到凝膠球，最后經(jīng)冷凍干燥，即得所述丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球；其中，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖的質(zhì)量比是1～4:1，優(yōu)選為1.5-2:1，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖兩者的總質(zhì)量與生物炭的質(zhì)量比是2.5-6:1，優(yōu)選為5-6:1。
4、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，具體包括如下步驟：
5、1)將東南景天粉末置于石英舟中，蓋上蓋子，放置于馬弗爐中，持續(xù)通入氮?dú)馀懦隹諝猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)下熱解，待馬弗爐自然冷卻后，得到東南景天生物炭，研磨過篩后密封保存；
6、2)在超純水加入海藻酸鈉、羧甲基殼聚糖和生物炭粉末，充分?jǐn)嚢璧玫綇?fù)合溶液；
7、3)以氯化鈣溶液為連續(xù)相，復(fù)合溶液為分散相，將分散相滴入連續(xù)相中，浸泡固化靜置過夜，固液分離后用超純水多次洗滌，得到生物炭復(fù)合凝膠珠；
8、4)將步驟3)的生物炭復(fù)合凝膠珠分散于超純水中，再加入環(huán)氧氯丙烷、乙醇，進(jìn)行反應(yīng)得到環(huán)氧氯丙烷接枝的生物炭復(fù)合材料凝膠球；
9、5)將步驟4)得到的環(huán)氧氯丙烷接枝的生物炭復(fù)合材料凝膠球分散于乙醇和丁二胺溶液中，進(jìn)行接枝反應(yīng)后取出，用乙醇、超純水進(jìn)行多次洗滌后放入一定濃度的戊二醛溶液中進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)后得到丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球；
10、6)將步驟5)的丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球用超純水?dāng)?shù)次洗滌后，進(jìn)行冷凍干燥，得到干燥的丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球。
11、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟1)中，熱解溫度為700～900℃，熱解時(shí)間為2～4h，過篩目數(shù)是80-200目。
12、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟2)中，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖的質(zhì)量比是1～4:1，優(yōu)選為1.5-2:1，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖兩者的總質(zhì)量與生物炭的質(zhì)量比是2.5-6:1，優(yōu)選為5-6:1。海藻酸鈉、羧甲基殼聚糖、生物炭三者的總質(zhì)量與超純水的質(zhì)量比為2-3:100，優(yōu)選為2.4-2.5:100。
13、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟3)中，所述氯化鈣溶液的質(zhì)量濃度為1～5％；分散相與連續(xù)相的體積比為1：10～30，浸泡固化靜置過夜時(shí)間為12～24h。
14、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟4)混合溶液中，所述生物炭復(fù)合材料凝膠球質(zhì)量濃度為5～15％，環(huán)氧氯丙烷的體積濃度為3～10％，優(yōu)選為5～6％，乙醇的體積濃度為5～10％；反應(yīng)溫度為25～70℃，優(yōu)選為40-60℃；反應(yīng)時(shí)間為2～8h，優(yōu)選為3-5h，反應(yīng)結(jié)束后用乙醇、超純水進(jìn)行多次洗滌。
15、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟5)環(huán)氧氯丙烷接枝的生物炭復(fù)合材料凝膠球分散于乙醇和丁二胺溶液中進(jìn)行接枝反應(yīng)的混合液中，所述環(huán)氧氯丙烷接枝的生物炭復(fù)合材料凝膠球的質(zhì)量濃度為15～25％，丁二胺的體積濃度為2～5％，優(yōu)選為3～3.5％，反應(yīng)溫度為25～70℃，優(yōu)選為40-60℃，反應(yīng)時(shí)間為2～8h，優(yōu)選為3-5h。
16、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟5)中，戊二醛的體積濃度為0.5～2％，在戊二醛溶液中室溫下震蕩反應(yīng)2-5h，靜置10-15h；在戊二醛溶液中的反應(yīng)時(shí)間視凝膠珠在溶液的反應(yīng)情況，如珠子變色徹底則反應(yīng)結(jié)束。
17、所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟6)冷凍干燥的過程是，使用真空冷凍干燥機(jī)在-80～-60℃溫度下干燥60～90h。
18、本專利技術(shù)提出了上述技術(shù)方案所述丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球及上述技術(shù)方案所述制備方法制備得到的丁二本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于：以海藻酸鈉、羧甲基殼聚糖和生物炭為基材，分散于水中混合均勻得到復(fù)合溶液，將復(fù)合溶液滴入氯化鈣溶液中形成生物炭復(fù)合凝膠珠；環(huán)氧氯丙烷作為中間接枝體改性生物炭復(fù)合凝膠珠后接枝丁二胺，將改性后的凝膠球放入戊二醛溶液中進(jìn)行表面交聯(lián)得到凝膠球，最后經(jīng)冷凍干燥，即得所述丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球；其中，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖的質(zhì)量比是1~4:1，優(yōu)選為1.5-2:1，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖兩者的總質(zhì)量與生物炭的質(zhì)量比是2.5-6:1，優(yōu)選為5-6:1。
2.如權(quán)利要求1所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于所述生物炭為東南景天生物炭，其制備方法是：將東南景天粉末置于石英舟中，蓋上蓋子，放置于馬弗爐中，持續(xù)通入氮?dú)馀懦隹諝猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)下熱解，熱解溫度為700~900℃，熱解時(shí)間為2~4h，隨后自然冷卻，得到東南景天生物炭，研磨過篩后密封保存，過篩目數(shù)是80-200目。
3.如權(quán)利要求1所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于具體包括如下步驟：
4.
5.如權(quán)利要求3所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟3）混合溶液中，所述生物炭復(fù)合材料凝膠球質(zhì)量濃度為5~15%，環(huán)氧氯丙烷的體積濃度為3~10%，優(yōu)選為5~6%，乙醇的體積濃度為5~10%，反應(yīng)溫度為25~70℃，優(yōu)選為40-60℃；反應(yīng)時(shí)間為2~8h，優(yōu)選為3-5h，反應(yīng)結(jié)束后用超純水、乙醇進(jìn)行洗滌。
6.如權(quán)利要求3所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟4）環(huán)氧氯丙烷接枝的生物炭復(fù)合材料凝膠球分散于乙醇和丁二胺溶液中進(jìn)行接枝反應(yīng)的混合液中，所述環(huán)氧氯丙烷接枝的生物炭復(fù)合材料凝膠球的質(zhì)量濃度為15~25%，丁二胺的體積濃度為2~5%，優(yōu)選為3~3.5%，反應(yīng)溫度為25~70℃，優(yōu)選為40-60℃，反應(yīng)時(shí)間為2~8h，優(yōu)選為3-5h；步驟4）中戊二醛的體積濃度為0.5~2%，在戊二醛溶液中室溫下震蕩反應(yīng)2-5h，靜置10-15h。
7.如權(quán)利要求3所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟4）冷凍干燥的過程是，使用真空冷凍干燥機(jī)在-80~-60℃溫度下干燥60~90h。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述方法制備的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球。
9.如權(quán)利要求8所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球在六價(jià)鉻或二價(jià)銅離子吸附中的應(yīng)用。
10.如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于當(dāng)凝膠球吸附六價(jià)鉻后，進(jìn)行再生的過程包括將吸附后的材料置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)3-8%的氫氧化鈉溶液中脫附20-30h，然后將材料與溶液分離，并用超純水洗滌，直接將材料置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)3-8%的鹽酸溶液中脫附20-30h，用超純水洗滌后即實(shí)現(xiàn)材料的再生；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于：以海藻酸鈉、羧甲基殼聚糖和生物炭為基材，分散于水中混合均勻得到復(fù)合溶液，將復(fù)合溶液滴入氯化鈣溶液中形成生物炭復(fù)合凝膠珠；環(huán)氧氯丙烷作為中間接枝體改性生物炭復(fù)合凝膠珠后接枝丁二胺，將改性后的凝膠球放入戊二醛溶液中進(jìn)行表面交聯(lián)得到凝膠球，最后經(jīng)冷凍干燥，即得所述丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球；其中，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖的質(zhì)量比是1~4:1，優(yōu)選為1.5-2:1，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖兩者的總質(zhì)量與生物炭的質(zhì)量比是2.5-6:1，優(yōu)選為5-6:1。
2.如權(quán)利要求1所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于所述生物炭為東南景天生物炭，其制備方法是：將東南景天粉末置于石英舟中，蓋上蓋子，放置于馬弗爐中，持續(xù)通入氮?dú)馀懦隹諝猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)下熱解，熱解溫度為700~900℃，熱解時(shí)間為2~4h，隨后自然冷卻，得到東南景天生物炭，研磨過篩后密封保存，過篩目數(shù)是80-200目。
3.如權(quán)利要求1所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于具體包括如下步驟：
4.如權(quán)利要求3所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟1）中海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖的質(zhì)量比是1~4:1，優(yōu)選為1.5-2:1，海藻酸鈉與羧甲基殼聚糖兩者的總質(zhì)量與生物炭的質(zhì)量比是2.5-6:1，優(yōu)選為5-6:1；
5.如權(quán)利要求3所述的一種丁二胺改性生物炭復(fù)合材料凝膠球的制備方法，其特征在于步驟3）混合溶液中，所述生物炭復(fù)合材料...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜理英，夏靈恩，蔣榮榮，劉雄芳，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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