一種鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑及其制備及應(yīng)用的制作方法

本發(fā)明涉及一種鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑及其制備方法及其對(duì)水中染料污染物去除的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：殼聚糖大分子是自然界中存在最為廣泛的堿性多糖，廣泛來(lái)源于蝦、蟹等甲殼類動(dòng)物，是一類資源豐富的農(nóng)業(yè)低值產(chǎn)品。其由于結(jié)構(gòu)中包含豐富的活性氨基及羥基，能夠有效螯合重金屬離子及吸附陰離子污染物，在水處理中的應(yīng)用得到了廣泛的研究。殼聚糖吸附劑被制備成粉末、微球、纖維以及片狀材料等多種形態(tài)，以及通過(guò)化學(xué)修飾來(lái)提高吸附性能。其中，殼聚糖金屬配合物吸附劑由于融合了金屬離子出色的電子傳導(dǎo)能力及高分子物質(zhì)優(yōu)良的可塑性及機(jī)械性能，具有出色的污染物吸附能力。然而，此類材料仍受限于繁瑣的分離過(guò)程，限制了它們的實(shí)際應(yīng)用，需要有效提高分離回用性能以滿足未來(lái)環(huán)境和能源技術(shù)的需要。隨著無(wú)紡布織造技術(shù)的日益成熟，殼聚糖大分子無(wú)紡布已成功應(yīng)用于醫(yī)藥等行業(yè)，產(chǎn)生了良好的商業(yè)價(jià)值。無(wú)紡布材料因其類似于織布的特性，在流動(dòng)水體中能夠輕松分離及便捷地更換，非常適用于水處理過(guò)程。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是結(jié)合殼聚糖金屬配合物吸附劑出色的吸附性能及大面積無(wú)紡布材料的優(yōu)異分離性能，提出一種具備高效吸附能力的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附材料及其制備方法和在吸附染料污染物中的應(yīng)用。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，其特征在于，包括殼聚糖無(wú)紡布，所述的殼聚糖無(wú)紡布上沉積有鋁鹽。進(jìn)一步地，所述的殼聚糖與鋁鹽形成配合物。本發(fā)明還提供了上述的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑的制備方法，其特征在于，包括：用鋁鹽溶液浸泡殼聚糖無(wú)紡布，室溫?cái)嚢瑁〕?，?jīng)洗滌、烘干后得到鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑。優(yōu)選地，所述的鋁鹽溶液為濃度為0.3～1mmol/L的硝酸鋁溶液。優(yōu)選地，所述的室溫?cái)嚢璧臅r(shí)間為6～12h。優(yōu)選地，所述的烘干的溫度為40～80℃。優(yōu)選地，所述溶液的pH為3～5。本發(fā)明還提供了上述的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應(yīng)用。進(jìn)一步地，所述的應(yīng)用的具體步驟包括：將上述的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑加入含有染料的廢水中，室溫吸附一段時(shí)間，取出，得到去除染料的廢水和吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布洗滌，烘干，投入脫附劑中攪拌脫附，活化，得到再生的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑。更進(jìn)一步地，所述的脫附劑為0.05mol/L的NaOH、0.05mol/L的Na2CO3或0.05mol/L的NaHCO3溶液。由于殼聚糖無(wú)紡布金屬配合物中殼聚糖單體與金屬離子(Al3+)會(huì)以一定比例進(jìn)行配位，故金屬離子水溶液的濃度不能太高，濃度過(guò)高則多余的金屬離子不能與殼聚糖結(jié)合，造成浪費(fèi)。同時(shí)金屬離子水溶液的濃度也不能過(guò)低，濃度太低不利于反應(yīng)的進(jìn)行，使得大部分殼聚糖不能與金屬離子配位，影響殼聚糖無(wú)紡布金屬配合物吸附劑的使用效果。Al3+與殼聚糖的結(jié)合增加了殼聚糖材料對(duì)陰離子染料的吸附位點(diǎn)。殼聚糖無(wú)紡布-鋁配合物結(jié)構(gòu)的形成，保障了殼聚糖材料的高效吸附性能，為染料在材料表面的降解提供濃縮富集的作用，同時(shí)，殼聚糖大面積無(wú)紡布易于回收及更換。上述方法制備得到的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑在去除水中染料污染物時(shí)，操作簡(jiǎn)單，只需將無(wú)紡布直接投入到染料廢水中，室溫下攪拌即可完成染料的高效吸附，吸附染料后的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑可用堿液處理，破壞吸附劑與染料分子之間的相互作用力而進(jìn)行脫附，實(shí)現(xiàn)染料的回收以及鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑的再生。加入鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布材料的量可根據(jù)實(shí)際廢水中染料濃度進(jìn)行調(diào)整。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：(1)本發(fā)明所述鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附材料制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉；對(duì)于水中染料污染物的去除效果良好，并且可使用堿液進(jìn)行脫附，容易再生回用，是一種綠色高效的染料廢水處理方法。(2)本發(fā)明所述鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附材料易于從水體中分離及更換，較粉末殼聚糖吸附材料更適用于大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。(3)本發(fā)明制備得到的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，適用于多種濃度的染料廢水，可直接使用于染料廢水的處理，操作方便；(4)本發(fā)明制備得到的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布，穩(wěn)定性較強(qiáng)，可重復(fù)使用，吸附染料后可使用堿液進(jìn)行脫附經(jīng)稀酸活化后，容易再生回用。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明制備的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑表面形態(tài)的掃描電鏡-能譜圖；該吸附劑由很多表面光滑而且直徑均勻的纖維組成，同時(shí)，鋁離子均勻的沉積在殼聚糖無(wú)紡布上。圖2為鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑的回用和再生圖；鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑使用5次后，經(jīng)0.05mol/LNaHCO3脫附，2.5mmol/LHCl活化后再生回用，循環(huán)使用效率較高，易于再生，回用方便。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例1一種鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，包括殼聚糖無(wú)紡布，所述的殼聚糖無(wú)紡布上沉積有鋁鹽，所述的殼聚糖與鋁鹽形成配合物。所述的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑的制備方法為：將0.5g殼聚糖無(wú)紡布浸泡在0.3mmol/L硝酸鋁溶液中，所述溶液pH為4.36，室溫持續(xù)攪拌12h，取出，用水洗滌、40℃烘干后得到鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，如圖1所示。實(shí)施例2一種鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，包括殼聚糖無(wú)紡布，所述的殼聚糖無(wú)紡布上沉積有鋁鹽，所述的殼聚糖與鋁鹽形成配合物。所述的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑的制備方法為：將0.5g殼聚糖無(wú)紡布浸泡在0.5mmol/L硝酸鋁溶液中，所述溶液pH為4.21，室溫持續(xù)攪拌12h，取出，用水洗滌、40℃烘干后得到鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑。實(shí)施例3一種鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，包括殼聚糖無(wú)紡布，所述的殼聚糖無(wú)紡布上沉積有鋁鹽，所述的殼聚糖與鋁鹽形成配合物。所述的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑的制備方法為：將0.5g殼聚糖無(wú)紡布浸泡在0.8mmol/L硝酸鋁溶液中，所述溶液pH為4.10，室溫持續(xù)攪拌12h，取出，用水洗滌、40℃烘干后得到鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑。對(duì)比例1取0.5g殼聚糖無(wú)紡布為吸附劑材料。對(duì)比例2將0.5g殼聚糖無(wú)紡布浸泡在0.05mmol/L硝酸鋁溶液中，室溫持續(xù)攪拌12h，取出，經(jīng)洗滌、烘干后得到鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑。對(duì)比例3將0.5g殼聚糖無(wú)紡布浸泡在0.5mmol/L硝酸鋁溶液中，室溫持續(xù)攪拌6h，取出，經(jīng)洗滌、烘干后得到鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑。試驗(yàn)一：分別取由實(shí)施例1～3和對(duì)比例1～3制備的改性殼聚糖無(wú)紡布材料0.5g加入200mL濃度為100mg/L的酸性紅73染料溶液中，室溫?cái)嚢?0分鐘，取上清液，使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在染料最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定染料殘余濃度。染料去除結(jié)果如表1所示。表1由表1可知，殼聚糖與鋁離子的結(jié)合對(duì)染料的高效去除起著十分重要的作用，在鋁溶液濃度為0.3～1mmol/L時(shí)制備所得的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑對(duì)酸性紅73染料具有良好的去除效果，去除率大于90％。當(dāng)鋁離子溶液溶度低于0.05mmol/L時(shí)，制備獲得的殼聚糖無(wú)紡布吸附劑對(duì)染料的吸附能力下降明顯。試驗(yàn)二：分別取由實(shí)施例2和對(duì)比例1制備的吸附劑材料0.5g加入200mL濃度分別為20mg/L、50mg/L、150mg/L、200mg/L的酸性紅73染料溶液中，室溫?cái)嚢?0分鐘，取上清液，使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在染料最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定染料殘余濃度。染料去除結(jié)果如表2所示。表2殼聚糖-鋁吸附劑染料初始濃度(mg/L)染料去除率(％)實(shí)施例22099.9實(shí)施例25099.9實(shí)施例215096.2實(shí)施例220080對(duì)比例12092.5對(duì)比例15082.4對(duì)比例115068.5對(duì)比例120054.2由表2可知，在濃度為0.3～1mmol/L的鋁溶液中制備所得的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布材料對(duì)染料濃度的適應(yīng)范圍較廣，在20～200mg/L之間均可達(dá)到80％以上的去除效率。試驗(yàn)三：分別取由實(shí)施例2和對(duì)比例1制備的吸附劑材料0.5g加入200mL濃度分別為100mg/L的酸性紅73染料溶液中，室溫?cái)嚢?0分鐘。按以上方法將吸附劑重復(fù)利用5次，取上清液測(cè)定染料殘余濃度。染料去除結(jié)果如表3所示。表3由表3可知，鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布材料重復(fù)使用5次后仍保持良好的染料去除效果；相反，不含有鋁的殼聚糖無(wú)紡布材料對(duì)染料的去除效率較低。試驗(yàn)四：按實(shí)施例2中同樣的制備方法，制備鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布材料。分別取制得的吸附劑0.5g加入200mL濃度為100mg/L不同類型的染料溶液，室溫?cái)嚢?0分鐘，取上清液測(cè)定染料殘余濃度。染料去除結(jié)果如表4所示。表4序號(hào)染料染料去除率(％)應(yīng)用例1活性黑599.0應(yīng)用例2活性藍(lán)1999.9應(yīng)用例3直接黃1298.4應(yīng)用例4直接黃1894.1應(yīng)用例5酸性藍(lán)11396.3實(shí)施例4鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應(yīng)用，具體步驟為：將按照實(shí)施例2中方法制備的0.5g鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，加入至200mL濃度為200mg/L的酸性紅73染料溶液中，室溫吸附90分鐘，取出，得到去除染料的廢水和吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布用水洗滌，在40℃烘干，投入到200mL0.05mol/L的NaHCO3水溶液中，攪拌2h以脫附鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附的酸性紅73，然后使用2.5mmol/L的HCl活化，得到再生的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，如圖2所示，回用。實(shí)施例5鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應(yīng)用，具體步驟為：將按照實(shí)施例2中方法制備的0.5g鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，加入至200mL濃度為200mg/L的酸性紅73染料溶液中，室溫吸附90分鐘，取出，得到去除染料的廢水和吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布用水洗滌，在40℃烘干，投入到200mL0.05mol/L的NaOH水溶液中，攪拌2h以脫附鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附的酸性紅73，然后使用2.5mmol/L的HCl活化，得到再生的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，回用。實(shí)施例6鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應(yīng)用，具體步驟為：將按照實(shí)施例2中方法制備的0.5g鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，加入至200mL濃度為200mg/L的酸性紅73染料溶液中，室溫吸附90分鐘，取出，得到去除染料的廢水和吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布用水洗滌，在40℃烘干，投入到200mL0.05mol/L的Na2CO3水溶液中，攪拌2h以脫附鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附的酸性紅73，然后使用2.5mmol/L的HCl活化，得到再生的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，回用。對(duì)比例4鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應(yīng)用，具體步驟為：將按照實(shí)施例2中方法制備的0.5g鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，加入至200mL濃度為200mg/L的酸性紅73染料溶液中，室溫吸附90分鐘，取出，得到去除染料的廢水和吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布用水洗滌，在40℃烘干，投入到200mL0.05mol/L的NaAc水溶液中，攪拌，攪拌2h以脫附鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附的酸性紅73，然后使用2.5mmol/L的HCl活化，得到再生的鋁沉積殼聚糖無(wú)紡布吸附劑，回用。試驗(yàn)五：分別取實(shí)施例4～6、對(duì)比例4選用的脫附液對(duì)相應(yīng)已吸附了酸性紅73染料的吸附劑進(jìn)行脫附，然后使用2.5mmol/L的HCl活化后再生回用。脫附結(jié)果如表5所示。表5由表5可知，吸附后的殼聚糖吸附劑經(jīng)過(guò)NaHCO3、NaOH、Na2CO3水溶液的脫附，再使用2.5mmol/L的HCl活化處理，就可達(dá)到很好的脫附和活化效果，有利于回收再用。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3