一種針對(duì)水中陰離子型染料的磁性生物吸附劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對(duì)水中陰離子型染料的磁性生物吸附劑，所述的吸附劑為納米Fe3O4與生物質(zhì)材料復(fù)合后再與十六烷基三甲基溴化銨反應(yīng)生成的改性材料，納米Fe3O4的含量為38.1wt%~57.5wt%，所述的吸附劑飽和磁化強(qiáng)度為25.1emu/g~38.4emu/g；本發(fā)明所用的生物質(zhì)材料來源豐富、價(jià)格低廉，制備所得磁性生物吸附劑對(duì)水中的陰離子型染料具有較高的吸附容量，并且可通過外加磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)分離。
【專利說明】一種針對(duì)水中陰離子型染料的磁性生物吸附劑
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水處理劑，特別是涉及一種針對(duì)水中陰離子型染料的磁性生物吸附劑。
【背景技術(shù)】
[0002]吸附法被認(rèn)為是一種簡單、快速、有效的廢水處理方法，該技術(shù)的成功應(yīng)用很大程度上取決于吸附劑的高效發(fā)展。近年來，生物吸附材料磁化后所得的磁性生物吸附劑受到人們廣泛的關(guān)注。磁性生物吸附劑可通過磁分離技術(shù)可實(shí)現(xiàn)固液的簡單分離，同時(shí)吸附劑磁化后具有機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、廉價(jià)和易于再生等優(yōu)點(diǎn)，因此磁性生物吸附劑在水處理工程中具有很好的應(yīng)用前景。
[0003]目前，由于生物吸附劑表面帶負(fù)電荷，使得其主要應(yīng)用于水中重金屬離子以及陽離子型染料的去除，而對(duì)陰離子型染料的去除鮮見報(bào)道，因此如何采用磁性生物吸附劑實(shí)現(xiàn)水中陰離子型染料的去除成為一個(gè)有待研究的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提出一種針對(duì)水中陰離子型染料的磁性生物吸附劑，其特征在于，所述的吸附劑為納米Fe3O4與生物質(zhì)材料復(fù)合后再與十六烷基三甲基溴化銨反應(yīng)生成的改性材料，納米Fe3O4的含量為38.1 wt %~57.5 wt %，所述的吸附劑飽和磁化強(qiáng)度為25.1emu/g~38.4 emu/g ;所述生物質(zhì)材料為石藥、小球藻、酵母粉。
[0005]所述的磁性生物吸附劑的制備方法，其特征在于依次包括以下兩個(gè)步驟:
(1)采用戊二醛交聯(lián)法制備磁性生物質(zhì)材料:將生物質(zhì)材料和納米Fe3O4加入戊二醛溶液中，控制生物質(zhì)材料和納米Fe3O4總和的投加濃度為20 g/L, 25 °C下攪拌反應(yīng)，在外加磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行分離，去離子水和乙醇交替洗滌、冷凍干燥后得磁性生物質(zhì)材料；所述的生物質(zhì)材料為干燥的粉末狀石莼、酵母粉或小球藻；
(2)將步驟(1)得到的磁性生物質(zhì)材料加入十六烷基三甲基溴化銨溶液中，控制磁性生物質(zhì)材料的投加濃度為30 g/L，常溫下攪拌反應(yīng)24 h后，去離子水洗滌、冷凍干燥后得磁性生物吸附劑。
[0006]步驟(1)中生物質(zhì)材料和納米Fe3O4的投加質(zhì)量比為2:3~3: 2，戊二醛溶液濃度為7%~50% (w/v)，攪拌反應(yīng)時(shí)間為12 h~24 h。
[0007]步驟(2)中十六烷基三甲基溴化銨溶液的濃度為0.59T2% (w/v)。
[0008]所述的磁性生物吸附劑的應(yīng)用，其特征在于，將其作為吸附劑應(yīng)用于吸附去除水中的陰離子型染料。
[0009]其具體的為:將磁性生物吸附劑投加進(jìn)含陰離子型染料的水中常溫下進(jìn)行振蕩吸附，后通過外加磁場(chǎng)進(jìn)行分離。
[0010]所述陰離子染料為靛藍(lán)二磺酸鈉。
[0011]更具體的是:將0.1 g所述的磁性生物吸附劑投加到濃度為小于500 mg/L的靛藍(lán)二磺酸鈉溶液中，25 °C下在恒溫振蕩器中以150 rmp的速度振蕩吸附過夜，然后通過設(shè)置外加磁場(chǎng)(例如普通的磁鐵)進(jìn)行固液分離。
[0012]同時(shí)，可以用稀堿液例如(0.1M的NaOH)浸泡吸附后分離出來的吸附劑實(shí)現(xiàn)回收再利用。
[0013]本發(fā)明所制得的磁性生物吸附劑，其具有以下優(yōu)點(diǎn):
(I)本發(fā)明所用的生物質(zhì)材料(石莼、酵母粉和小球藻)，均來源豐富，價(jià)格低廉。
[0014](2)本發(fā)明所得的磁性生物吸附劑經(jīng)過采用戊二醛將生物質(zhì)材料與納米Fe3O4交聯(lián)結(jié)合后，在使用過程中不易發(fā)生脫落，且機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好。
[0015](3)本發(fā)明所得的磁性生物吸附劑不但對(duì)水中的陰離子型染料具有較高的吸附容量，而且具有較好的磁性能，可通過外加磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)吸附劑的固液分離和回收再利用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的吸附劑的XRD圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的吸附劑對(duì)靛藍(lán)二磺酸鈉的等溫吸附平衡線圖；
【具體實(shí)施方式】
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，以下實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下屬的實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例中制備出的吸附劑中納米Fe3O4的含量采用熱重法測(cè)得，飽和磁化強(qiáng)度由振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)得。
[0018]實(shí)施例1:本發(fā)明所述磁性生物吸附劑的制備
將1.2 g干燥石莼粉末和0.8 g的納米Fe3O4加入100 mL 7% (w/v)的戊二醛溶液中，25 °C下攪拌反應(yīng)24 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯(lián)產(chǎn)物，冷凍干燥后得磁性石莼；將15 g磁性石莼加入500 mL 0.5% (w/v)的十六烷基三甲基溴化銨溶液中，攪拌反應(yīng)24 h，接著去離子水洗滌、冷凍干燥后得磁性石莼吸附劑。所得磁性石莼吸附劑中納米Fe3O4的含量為38.l%wt，飽和磁化強(qiáng)度為25.1 emu/g。由圖1的吸附劑的XRD圖可知，該吸附劑的的衍射峰與純Fe3O4的衍射峰基本一致，說明吸附劑磁化成功。
[0019]實(shí)施例2:本發(fā)明所述磁性生物吸附劑的制備
將1.0 g干燥石莼粉末和1.0 g納米Fe3O4加入100 mL 7% (w/v)的戊二醛溶液中，25°C下攪拌反應(yīng)18 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯(lián)產(chǎn)物，冷凍干燥后得磁性石藥；將15 g磁性石藥加入500 mL 1% (w/v)的十六燒基三甲基溴化銨溶液中，攪拌反應(yīng)24 h，接著去離子水洗滌、冷凍干燥后得磁性石莼吸附劑。所得磁性石莼吸附劑中納米Fe3O4的含量為46.4%wt，飽和磁化強(qiáng)度為31.5 emu/g。
[0020]實(shí)施例3:本發(fā)明所述磁性生物吸附劑的制備
將0.8 g干燥石莼粉末和1.2 g納米Fe3O4加入100 mL 50% (w/v)的戊二醛溶液中，25 °C下攪拌反應(yīng)12 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯(lián)產(chǎn)物，冷凍干燥后得磁性石莼；將15 g磁性石莼加入500 mL 2% (w/v)的十六烷基三甲基溴化銨溶液中，攪拌反應(yīng)24 h，接著去離子水洗滌、冷凍干燥后得磁性石莼吸附劑。所得磁性石莼吸附劑中納米Fe3O4的含量為57.5 % wt，飽和磁化強(qiáng)度為38.4 emu/g。[0021]實(shí)施例4:本發(fā)明所述磁性生物吸附劑的制備
將0.8 g干燥酵母粉和1.2 g納米Fe3O4加入100 mL 25% (w/v)的戊二醛溶液中，25°C下攪拌反應(yīng)24 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯(lián)產(chǎn)物，冷凍干燥后得磁性酵母；將15 g磁性酵母加入500 mL 2% (w/v)的十六烷基三甲基溴化銨溶液中，攪拌反應(yīng)24 h，接著去離子水洗滌、冷凍干燥后得磁性酵母吸附劑。所得磁性酵母吸附劑中納米Fe3O4的含量為58.1 %，飽和磁化強(qiáng)度為37.8 emu/g。
[0022]實(shí)施例5:本發(fā)明磁性生物吸附劑的制備
將1.2 g干燥小球藻和0.8 g納米Fe3O4加入100 mL 7%(w/v)的戊二醛溶液中，25 V下攪拌反應(yīng)18 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯(lián)產(chǎn)物，冷凍干燥后得磁性小球藻；將15 g磁性小球藻加入500 mL 0.5% (w/v)的十六烷基三甲基溴化銨溶液中，攪拌反應(yīng)24 h，接著去離子水洗滌、冷凍干燥后得磁性小球藻吸附劑。所得磁性小球藻吸附劑中納米Fe3O4的含量為38.1%，飽和磁化強(qiáng)度為25.6 emu/g。
[0023]實(shí)施例6:本發(fā)明所述磁性生物吸附劑對(duì)陰離子型染料的吸附性能測(cè)試
為了考察本發(fā)明所述磁性生物吸附劑對(duì)陰離子型染料的吸附能力，我們以靛藍(lán)二磺酸鈉染料為模型污染物，對(duì)實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3制備所得的磁性石莼吸附劑進(jìn)行了等溫吸附平衡實(shí)驗(yàn)。將0.1 g吸附劑分別投加到濃度為0-500 mg/L的靛藍(lán)二磺酸鈉溶液中，25 °C下在恒溫振蕩器中以150 rmp的速度振蕩吸附過夜，然后采用外加磁場(chǎng)進(jìn)行固液分離，取上清液分析溶液中靛藍(lán)二磺酸鈉的剩余濃度，然后可得吸附劑在不同染料濃度下的平衡吸附量，繪制出等溫吸附平衡線(見圖2)，采用Langmuir方程對(duì)等溫吸附平衡線進(jìn)行擬合得到實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3制備所得的磁性石莼吸附劑對(duì)靛藍(lán)二磺酸鈉的飽和吸附容量分別為221 mg/g、204 mg/g和149 mg/g。回收的磁性石藥吸附劑采用50 ml
0.1 mo I/L NaOH進(jìn)行浸泡過夜解吸，利用外加磁場(chǎng)固液分離后再次應(yīng)用于吸附水中的靛藍(lán)二磺酸鈉，過程同上，得到實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3制備所得的磁性石莼吸附劑使用三次后對(duì)靛藍(lán)二磺酸鈉的飽和吸附容量分別為201 mg/g、189 mg/g和134 mg/g。
[0024]采取同樣的方法可得實(shí)施例4和實(shí)施例5制備所得的磁性酵母吸附劑和磁性小球藻吸附劑對(duì)靛藍(lán)二磺酸鈉的飽和吸附容量分別為135.6 mg/g和152.3 mg/g。
【權(quán)利要求】
1.一種針對(duì)水中陰離子型染料的磁性生物吸附劑，其特征在于，所述的吸附劑為納米Fe3O4與生物質(zhì)材料復(fù)合后再與十六烷基三甲基溴化銨反應(yīng)生成的改性材料，納米Fe3O4的含量為38.1 wt %?57.5 wt %，所述的吸附劑飽和磁化強(qiáng)度為25.1 emu/g?38.4 emu/g ;所述生物質(zhì)材料為石莼、小球藻、酵母粉。
2.一種如權(quán)利要求1所述的磁性生物吸附劑的制備方法，其特征在于依次包括以下兩個(gè)步驟: (1)采用戊二醛交聯(lián)法制備磁性生物質(zhì)材料:將生物質(zhì)材料和納米Fe3O4加入戊二醛溶液中，控制生物質(zhì)材料和納米Fe3O4總和的投加濃度為20 g/L，25 °C下攪拌反應(yīng)，在外加磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行分離，去離子水和乙醇交替洗滌、冷凍干燥后得磁性生物質(zhì)材料；所述的生物質(zhì)材料為干燥的粉末狀石莼、酵母粉或小球藻； (2)將步驟(I)得到的磁性生物質(zhì)材料加入十六烷基三甲基溴化銨溶液中，控制磁性生物質(zhì)材料的投加濃度為30 g/L，常溫下攪拌反應(yīng)24 h后，去離子水洗滌、冷凍干燥后得磁性生物吸附劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性生物吸附劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中生物質(zhì)材料和納米Fe3O4的投加質(zhì)量比為2:3?3:2，戊二醛溶液濃度為7%?50% (w/v)，攪拌反應(yīng)時(shí)間為12 h?24 h0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁性生物吸附劑的制備方法，其特征在于步驟(2)中十六烷基三甲基溴化銨溶液的濃度為0.59T2% (w/v)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁性生物吸附劑的應(yīng)用，其特征在于，將其作為吸附劑應(yīng)用于吸附去除水中的陰離子型染料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性生物吸附劑的應(yīng)用，其具體的為:將磁性生物吸附劑投加進(jìn)含陰離子型染料的水中常溫下進(jìn)行振蕩吸附，后通過外加磁場(chǎng)進(jìn)行分離。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁性生物吸附劑的應(yīng)用，其特征在于所述陰離子染料為靛藍(lán)二磺酸鈉。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁性生物吸附劑的應(yīng)用，其特征在于，將0.1 g所述的磁性生物吸附劑投加到濃度為小于500 mg/L的靛藍(lán)二磺酸鈉溶液中，25 °C下在恒溫振蕩器中以.150 rmp的速度振蕩吸附過夜，然后通過設(shè)置外加磁場(chǎng)進(jìn)行固液分離。
【文檔編號(hào)】C02F103/30GK103638907SQ201310679974
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】李小娟, 林萍, 朱云燕, 劉明華 申請(qǐng)人:福州大學(xué)