申请日2016.04.19
公开(公告)日2016.08.17
IPC分类号B01J20/24; B01J20/28; B01J20/30; C02F1/28; B09C1/08
摘要
本发明公开了一种具有污水和污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料及其制备方法，该材料可用于造纸废水、纺织废水、印染废水、电镀废水、橡胶工业废水及生活废水等，和被该类污水污染的土壤，含有有机污染物或重金属污染物或同时含有有机污染物和重金属污染物的废水和受污染土壤中污染物的去除。本发明采用纳米技术，将纳米功能材料与天然高分子材料复合，通过金属粒子印记及化学交联反应完成多功能磁性多孔球状材料的制备。能够分别降解废水和受污染土壤中的有机污染物和重金属污染物，能够通过磁分离进行回收并再生重新应用，能够通过制备工艺调整获得不同尺度的球状材料，使废水和受污染土壤处理工艺设计更加灵活高效。
权利要求书
1.一种多孔磁性球状材料，其特征在于：该多孔磁性球状材料为包覆有纳米复合磁性颗粒的球状交联壳聚糖多孔材料，所述纳米复合磁性颗粒为纳米级TiO2层包覆着纳米Fe3O4。
2.根据权利要求1所述的一种多孔磁性球状材料，其特征在于：该多孔磁性球状材料的孔率为30%~75%。
3.根据权利要求1所述的一种多孔磁性球状材料，其特征在于：该多孔磁性球状材料中纳米复合磁性颗粒的含量为质量百分比1%~55%。
4.根据权利要求1所述的一种多孔磁性球状材料，其特征在于：所述纳米级TiO2层的厚度为5~50nm。
5.权利要求1~4任一所述多孔磁性球状材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)纳米复合磁性颗粒的制备：将纳米Fe3O4磁性粒子分散于钛酸四丁脂的异丙醇溶液中，静止反应2~72h后经磁分离得到纳米级TiO2层包覆着纳米Fe3O4的纳米复合磁性颗粒;
2)多孔磁性球状材料的制备：将上步所得的纳米复合磁性颗粒均匀分散在壳聚糖乙酸溶液中，超声分散，将分散后的混合物滴入到CuSO4溶液中凝固，过滤取滤渣;
将滤渣干燥后，再分散到戊二醛水溶液中，于70~90℃处理3~6h，过滤取滤渣，将滤渣中的铜离子用酸性溶液去除，洗涤干净，再分散于水中，调节pH值为中性，过滤取滤渣，干燥后即得多孔磁性球状材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1)所述纳米Fe3O4磁性粒子和钛酸四丁脂的质量比为(0.15~6)：1。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1)所述钛酸四丁脂的异丙醇溶液中钛酸四丁脂的质量浓度为0.1~5%w/w。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2)中所述壳聚糖与纳米复合磁性颗粒的质量比为(1.2~19)：1。
9.权利要求1~4任一所述多孔磁性球状材料在污水及污染土壤净化中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述污水及污染土壤净化包括有机污染物和/或重金属污染物的去除。
说明书
一种具有污水净化功能的多孔磁性球状材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有污水及污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料及其制备方法，属于功能材料技术领域。本发明所提供的多孔磁性球状材料可广泛应用于废水及污染土壤中有机污染物及重金属污染物的去除。
背景技术
水污染和土壤污染是伴随我国经济快速发展和人口快速增长而产生的巨大环境污染问题。目前我国年污水排放量近千亿吨，由于污水处理技术难以满足污水排放需求，经过几十年的累积，全国范围内大量主要水源被严重污染，同时也有大量土壤被污水严重污染。我国污水主要有两个来源：工业污水和生活污水。污水中的主要污染物包括有机污染物和重金属污染物。在污水处理过程中通常是只能单独针对有机污染物或重金属污染物选择合适的处理方法和工艺，如果既需要处理有机污染物又需要处理重金属污染物，则通常采取两个以上步骤，同时需要应用2种以上处理原料，不仅处理工艺和影响处理效果的因素复杂，而且成本高。比如通常有机污染物采取生物淤泥方法进行生物降解，而重金属污染物则需要采取吸附或絮凝沉淀方式进行去除。我国污水来源广泛，污水中污染物组成复杂，通常都同时含有有机污染物和重金属污染物，目前传统的处理工艺和处理原料在同时除去有机污染物和重金属污染物方面仍然面临巨大困难，特别是去除污染土壤中的污染物难度更大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有污水及污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料。
本发明的另一目的在于提供一种具有污水及污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料的制备方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种多孔磁性球状材料，该多孔磁性球状材料为包覆有纳米复合磁性颗粒的球状交联壳聚糖多孔材料，所述纳米复合磁性颗粒为纳米级TiO2层包覆着纳米Fe3O4。
进一步的，上述多孔磁性球状材料的孔率为30%～75%。
进一步的，上述多孔磁性球状材料中纳米复合磁性颗粒的含量为质量百分比1%～55%。
进一步的，上述纳米级TiO2层的厚度为5～50nm。
上述所述多孔磁性球状材料的制备方法，包括以下步骤：
1)纳米复合磁性颗粒的制备：将纳米Fe3O4磁性粒子分散于钛酸四丁脂的异丙醇溶液中，静止反应2～72h后经磁分离得到纳米级TiO2层包覆着纳米Fe3O4的纳米复合磁性颗粒;
2)多孔磁性球状材料的制备：将上步所得的纳米复合磁性颗粒均匀分散在壳聚糖乙酸溶液中，超声分散，将分散后的混合物滴入到CuSO4溶液中凝固，过滤取滤渣;
将滤渣干燥后，再分散到戊二醛水溶液中，于70～90℃处理3～6h，过滤取滤渣，将滤渣中的铜离子用酸性溶液去除，洗涤干净，再分散于水中，调节pH值为中性，过滤取滤渣，干燥后即得多孔磁性球状材料。
进一步的，上述步骤1)所述纳米Fe3O4磁性粒子和钛酸四丁脂的质量比为(0.15～6)：1。
进一步的，上述步骤1)所述钛酸四丁脂的异丙醇溶液中钛酸四丁脂的质量浓度为0.1～5%w/w。
进一步的，上述步骤2)中所述壳聚糖与纳米复合磁性颗粒的质量比为(1.2～19)：1。
上述所述多孔磁性球状材料在污水及污染土壤净化中的应用。
进一步的，上述污水及污染土壤净化包括有机污染物和/或重金属污染物的去除。
本发明的有益效果是：
1)本发明所述的具有污水和污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料是一种纳米复合多孔材料，在这种多孔材料内部包含有尺寸为50～500纳米的Fe3O4磁性粒子，由于磁性材料的存在可以采取磁分离的方法对于处理后材料进行分离回收，使材料分离回收工艺得到简化，特别是对于受污染土壤处理后的分离更是方便可行。该Fe3O4磁性粒子表面被厚度为5～50nm的TiO2所包覆，能够起到分解污水和污染土壤中有机污染物的作用。交联壳聚糖作为多孔材料的基体，在本发明制备过程中，使壳聚糖中大量的-NH2官能团得到良好的保存，具有更优异的去除污水和污染土壤中重金属污染物的功能。本发明的具有污水和污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料是多种功能的复合体，不仅能够降解废水和污染土壤中有机污染物的功能，而且能够起到吸附富集污水和污染土壤中重金属污染物的作用，同时还能采用磁分离的方式将使用后的材料简单回收。
2)本发明的具有污水和污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料能够使废水和污染土壤净化中有机污染物和重金属污染物同时去除，方法简单方便，一步到位。本发明的污染物净化功能的多孔磁性球状材料在使用后还能够通过磁分离的方式回收，并经过酸化处理将所吸附的重金属污染物分离后，反复多次应用，经过多次应用后，基体交联壳聚糖材料能够自然降解，多孔磁性球状材料中的磁性粒子还能够通过磁分离回收继续应用于多孔磁性球状材料的制备。
3)本发明的具有污水和污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料的尺寸可调范围宽，根据不同的应用工艺要求，能够制备成小尺寸的球状材料，也可以制备成尺寸较大的球状材料。不同尺寸的球状材料也可以混合使用，极大的满足了水和土壤处理工艺的设计需求。应用方式可以是流化床式的污水处理，也可以是浸泡循环式，或处理塔式的。选用本发明的具有污水和污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料作为污水和污染土壤处理原料，处理工艺设计灵活方便。
4)本发明的具有污水和污染土壤净化功能的多孔磁性球状材料的基体树脂是交联壳聚糖树脂，壳聚糖是一种天然多糖，经交联处理后，耐生物降解和自然老化性能大大提高，使用寿命明显延长。这种纯天然的多糖物质，在使用过程中不会产生二次污染，环境友好特点明显。