本發(fā)明涉及一種鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑及其制備方法及其對水中染料污染物去除的應用。
背景技術：
：殼聚糖大分子是自然界中存在最為廣泛的堿性多糖，廣泛來源于蝦、蟹等甲殼類動物，是一類資源豐富的農業(yè)低值產品。其由于結構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)，以及通過化學修飾來提高吸附性能。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能力及高分子物質優(yōu)良的可塑性及機械性能，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程，限制了它們的實際應用，需要有效提高分離回用性能以滿足未來環(huán)境和能源技術的需要。隨著無紡布織造技術的日益成熟，殼聚糖大分子無紡布已成功應用于醫(yī)藥等行業(yè)，產生了良好的商業(yè)價值。無紡布材料因其類似于織布的特性，在流動水體中能夠輕松分離及便捷地更換，非常適用于水處理過程。技術實現要素：本發(fā)明的目的是結合殼聚糖金屬配合物吸附劑出色的吸附性能及大面積無紡布材料的優(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紡布吸附材料及其制備方法和在吸附染料污染物中的應用。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，其特征在于，包括殼聚糖無紡布，所述的殼聚糖無紡布上沉積有鋁鹽。進一步地，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紡布，室溫攪拌，取出，經洗滌、烘干后得到鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑。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，所述的室溫攪拌的時間為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紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應用。進一步地，所述的應用的具體步驟包括：將上述的鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑加入含有染料的廢水中，室溫吸附一段時間，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紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無紡布洗滌，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紡布吸附劑。更進一步地，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。由于殼聚糖無紡布金屬配合物中殼聚糖單體與金屬離子(Al3+)會以一定比例進行配位，故金屬離子水溶液的濃度不能太高，濃度過高則多余的金屬離子不能與殼聚糖結合，造成浪費。同時金屬離子水溶液的濃度也不能過低，濃度太低不利于反應的進行，使得大部分殼聚糖不能與金屬離子配位，影響殼聚糖無紡布金屬配合物吸附劑的使用效果。Al3+與殼聚糖的結合增加了殼聚糖材料對陰離子染料的吸附位點。殼聚糖無紡布-鋁配合物結構的形成，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，殼聚糖大面積無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紡布吸附劑在去除水中染料污染物時，操作簡單，只需將無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行脫附，實現染料的回收以及鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑的再生。加入鋁沉積殼聚糖無紡布材料的量可根據實際廢水中染料濃度進行調整。與現有技術相比，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紡布吸附材料制備方法簡單，成本低廉；對于水中染料污染物的去除效果良好，并且可使用堿液進行脫附，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)模實際應用。(3)本發(fā)明制備得到的鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，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紡布，穩(wěn)定性較強，可重復使用，吸附染料后可使用堿液進行脫附經稀酸活化后，容易再生回用。附圖說明圖1為本發(fā)明制備的鋁沉積殼聚糖無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，鋁離子均勻的沉積在殼聚糖無紡布上。圖2為鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑的回用和再生圖；鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑使用5次后，經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。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1一種鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，包括殼聚糖無紡布，所述的殼聚糖無紡布上沉積有鋁鹽，所述的殼聚糖與鋁鹽形成配合物。所述的鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑的制備方法為：將0.5g殼聚糖無紡布浸泡在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紡布吸附劑，如圖1所示。實施例2一種鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，包括殼聚糖無紡布，所述的殼聚糖無紡布上沉積有鋁鹽，所述的殼聚糖與鋁鹽形成配合物。所述的鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑的制備方法為：將0.5g殼聚糖無紡布浸泡在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紡布吸附劑。實施例3一種鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，包括殼聚糖無紡布，所述的殼聚糖無紡布上沉積有鋁鹽，所述的殼聚糖與鋁鹽形成配合物。所述的鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑的制備方法為：將0.5g殼聚糖無紡布浸泡在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紡布吸附劑。對比例1取0.5g殼聚糖無紡布為吸附劑材料。對比例2將0.5g殼聚糖無紡布浸泡在0.05mmol/L硝酸鋁溶液中，室溫持續(xù)攪拌12h，取出，經洗滌、烘干后得到鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑。對比例3將0.5g殼聚糖無紡布浸泡在0.5mmol/L硝酸鋁溶液中，室溫持續(xù)攪拌6h，取出，經洗滌、烘干后得到鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑。試驗一：分別取由實施例1～3和對比例1～3制備的改性殼聚糖無紡布材料0.5g加入200mL濃度為100mg/L的酸性紅73染料溶液中，室溫攪拌90分鐘，取上清液，使用紫外-可見分光光度計在染料最大吸收波長處測定染料殘余濃度。染料去除結果如表1所示。表1由表1可知，殼聚糖與鋁離子的結合對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時制備所得的鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑對酸性紅73染料具有良好的去除效果，去除率大于90％。當鋁離子溶液溶度低于0.05mmol/L時，制備獲得的殼聚糖無紡布吸附劑對染料的吸附能力下降明顯。試驗二：分別取由實施例2和對比例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，室溫攪拌90分鐘，取上清液，使用紫外-可見分光光度計在染料最大吸收波長處測定染料殘余濃度。染料去除結果如表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(％)實施例22099.9實施例25099.9實施例215096.2實施例220080對比例12092.5對比例15082.4對比例115068.5對比例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紡布材料對染料濃度的適應范圍較廣，在20～200mg/L之間均可達到80％以上的去除效率。試驗三：分別取由實施例2和對比例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，室溫攪拌90分鐘。按以上方法將吸附劑重復利用5次，取上清液測定染料殘余濃度。染料去除結果如表3所示。表3由表3可知，鋁沉積殼聚糖無紡布材料重復使用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紡布材料對染料的去除效率較低。試驗四：按實施例2中同樣的制備方法，制備鋁沉積殼聚糖無紡布材料。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，室溫攪拌90分鐘，取上清液測定染料殘余濃度。染料去除結果如表4所示。表4序號染料染料去除率(％)應用例1活性黑599.0應用例2活性藍1999.9應用例3直接黃1298.4應用例4直接黃1894.1應用例5酸性藍11396.3實施例4鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應用，具體步驟為：將按照實施例2中方法制備的0.5g鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，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紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無紡布用水洗滌，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紡布吸附劑，如圖2所示，回用。實施例5鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應用，具體步驟為：將按照實施例2中方法制備的0.5g鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，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紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無紡布用水洗滌，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紡布吸附劑，回用。實施例6鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應用，具體步驟為：將按照實施例2中方法制備的0.5g鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，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紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無紡布用水洗滌，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紡布吸附劑，回用。對比例4鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑在含有染料的廢水處理中的應用，具體步驟為：將按照實施例2中方法制備的0.5g鋁沉積殼聚糖無紡布吸附劑，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紡布，將吸附了染料的鋁沉積殼聚糖無紡布用水洗滌，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紡布吸附劑，回用。試驗五：分別取實施例4～6、對比例4選用的脫附液對相應已吸附了酸性紅73染料的吸附劑進行脫附，然后使用2.5mmol/L的HCl活化后再生回用。脫附結果如表5所示。表5由表5可知，吸附后的殼聚糖吸附劑經過NaHCO3、NaOH、Na2CO3水溶液的脫附，再使用2.5mmol/L的HCl活化處理，就可達到很好的脫附和活化效果，有利于回收再用。當前第1頁1 2 3