一種復合納米吸附劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料技術領域，具體涉及一種復合納米吸附劑及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002]水是人類賴以生存的三大生命要素之一。我國淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%。但人均水資源占有量只有2300m3，僅為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。隨著工業(yè)化飛速發(fā)展與城市化水平不斷提高，水資源污染日趨嚴重，多數是由多種污染物組合而成的復合污染。難降解有機物的大量合成和排放，含重金屬離子工業(yè)污水的存在，使得水體中重金屬-有機物的復合污染成為了一種比較普遍的現象，例如污水處理廠的污泥、城市生活垃圾滲濾液、含農藥徑流以及煉焦、煉油、電鍍和印染工業(yè)等污水所造成的污染，大都為重金屬-有機物復合污染。我國主要的江河湖泊均不同程度的受到重金屬和有機物的污染。這些污染物毒性大、分布廣、難降解、易積蓄，對生態(tài)環(huán)境的破壞和對人類健康的危害是潛在而巨大的。目前，可用于水體重金屬-有機物復合污染的治理技術包括強化混凝法、光化學催化法、生物法、膜法及吸附法等。其中，吸附法因對重金屬和多種有機物吸附效率高、去除能力強，吸附材料可重復利用等優(yōu)點，越來越受到人們的重視。研究表明，利用吸附材料(如活性碳，樹脂、硅膠等)吸附污水中的污染物，是解決水環(huán)境污染的一種高效簡便的處理方法。
[0003]殼聚糖(CS)是甲殼素脫乙酰基產物，是一種帶正電荷的天然高分子化合物，具有良好的生物降解性、生物相容性、無二次污染等優(yōu)點，在醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)境等領域廣泛應用。CS分子中存在大量的游離氨基和羥基，在一定pH下能通過氫鍵、配位鍵或共價鍵與重金屬離子等發(fā)生配位反應，成為污水處理中一種性能優(yōu)良的吸附劑。羥基丁酸與羥基辛酸共聚體[P(HB-HO)]是一種新型的多聚羥基烷酸(PHAs)，是由微生物經發(fā)酵方式生產的疏水性高分子聚酯。該材料具有良好的物理學特性(如熱塑性、壓電性、光學活性、力學機械性能等)和優(yōu)良的生物學特性(如生物可降解性、生物相容性、降解產物無毒性及表面可修飾性等)，已成為當前生態(tài)環(huán)境材料和生物醫(yī)用材料的重要候選材料之一。已有聚羥基丁酸(PHB)作為吸附劑處理水體單一有機物(氯苯或鄰氯硝基苯)的文獻報道，但該吸附劑的比表面積較小(58.78m2.g—1)，達到吸附平衡所需時間較長(36h)，吸附能力有限。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述現有吸附劑存在的吸附能力有限的不足，提供一種復合納米吸附劑及其制備方法和應用。
[0005]為實現上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是:一種復合納米吸附劑，其中:以下列重量份數的基質為原料:
[0006]P(HB-H0)3 ?30 份、CSl ?15 份、致孔劑5 ?30 份、PVAll ?25 份；
[0007]所述的P(HB-HO)為羥基丁酸與羥基辛酸共聚體;所述的CS為殼聚糖;所述的PVA為聚乙烯醇。
[0008]一種制備所述的復合納米吸附劑的方法，其中:包括以下步驟:
[0009](I)將上述重量份數的P(HB-HO)溶于有機相中，且所述的P(HB-HO)在有機相中濃度為I?10%;
[0010](2)再將上述重量份數的CS放入濃度為2%的醋酸溶液中進行溶解，再加入上述重量份數的致孔劑混合后，在10000?15000rpm的轉速下高速勻漿5?lOmin，形成初乳液；
[0011 ] (3)先取I?15份的PVA，溶解成濃度為0.1?1.5%的PVA水溶液，再與步驟(2)制得的初乳液進行混合后，在10000?15000rpm的轉速下高速勾楽5?1min，形成復乳液；
[0012](4)將步驟(3)制得的復乳液充分攪拌5?8h，使有機相完全揮發(fā)，使復乳液在15000rpm的轉速下高速離心1min，棄上清液，收集沉淀物；
[0013](5)將剩余的PVA溶解成濃度為I %的PVA水溶液，將步驟(4)收集的沉淀物分散于該PVA水溶液中，振蕩過夜，洗去沉淀物中的殘余致孔劑，然后在15000rpm的轉速下高速離心1min后，收集沉淀物，將收集的沉淀物用冷凍干燥機在-50°C的溫度下冷凍干燥24h，得到P (HB-HO) /CS復合納米吸附劑。
[0014]進一步優(yōu)選方案，所述的有機相為三氯甲烷或二氯甲烷。
[0015]所述的致孔劑為氯化鈉、碳酸氫鈉或過氧化氫中的任意一種。
[0016]本發(fā)明所述的復合納米吸附劑應用于同時吸附污水中重金屬和疏水性有機物中。
[0017]與現有技術相比，具有以下優(yōu)點:第一，本發(fā)明以CS和P(HB-HO)作為主要載體，兩種材料均易得，成本較低，可降解。第二，本發(fā)明采用復乳勻漿法制備了 P(HB_H0)/CS復合納米吸附劑，該納米吸附劑粒徑分布均一，分散度好，具有多孔結構，穩(wěn)定性較好，無二次污染。第三，本發(fā)明吸附劑中CS分子的游離氨基、羥基可與重金屬離子發(fā)生配位反應，P(HB-HO)具有極強的疏水性，經吸附試驗證實，將CS對重金屬的優(yōu)良吸附性能與P(HB-HO)對疏水性有機物特有的親和力相結合，可同時去除污水中的重金屬與疏水性有機物，大大提高了對污水中復合污染的處理效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為P(HB-HO) /CS復合納米吸附劑的掃描電鏡圖。
[0019]圖2為P(HB_H0)/CS復合納米吸附劑的粒徑分布圖。
【具體實施方式】
[0020]實施例1:
[0021]本實施例一種復合納米吸附劑，其中:以下列重量份數的基質為原料:
[0022 ] P (HB-HO) 3份、CS I 份、氯化鈉30份、PVAl I 份；
[0023]所述的P(HB-HO)為羥基丁酸與羥基辛酸共聚體;所述的CS為殼聚糖;所述的PVA為聚乙烯醇。
[0024]—種制備所述的復合納米吸附劑的方法，其中:包括以下步驟:
[0025](I)將上述重量份數的P(HB-HO)溶于二氯甲烷中，且所述的P(HB-HO)在二氯甲烷中濃度為1% ;
[0026](2)再將上述重量份數的CS放入濃度為2%的醋酸溶液中進行溶解，再加入上述重量份數的氯化鈉混合后，在15000rpm的轉速下高速勾楽5min，形成初乳液；
[0027](3)先取I份的PVA，溶解成濃度為0.1 %的PVA水溶液，再與步驟(2)制得的初乳液進行混合后，在15000rpm的轉速下高速勾楽5min，形成復乳液；
[0028](4)將步驟(3)制得的復乳液充分攪拌5h，使二氯甲烷完全揮發(fā)，使復乳液在15000rpm的轉速下高速離心1min，棄上清液，收集沉淀物；
[0029](5)將剩余的PVA溶解成濃度為I %的PVA水溶液，將步驟(4)收集的沉淀物分散于該PVA水溶液中，振蕩過夜，洗去沉淀物中的殘余氯化鈉，然后在15000rpm的轉速下高速離心1min后，收集沉淀物，將收集的沉淀物用冷凍干燥機在-50°C的溫度下冷凍干燥24h，得到P (HB-HO) /CS復合納米吸附劑。
[0030]P (HB-HO) /CS復合納米吸附劑的掃描電鏡圖與粒徑分布圖如圖1和圖2所示，該納米吸附劑為圓球形，表面具有多孔結構，粒徑分布在250-350nm左右。
[0031]以實施例1制備的P(HB-H0)/CS復合納米吸附劑對甲苯、Cr6+復合污水進行吸附處理。稱取0.5gP(HB-H0)/CS復合納米吸附劑置于200mL、起始濃度均為50mg/L的甲苯與Cr6+的混合溶液中，在30°C和150rpm的條件下恒溫水浴振蕩24h，離心分離并分別測定溶液中甲苯(高效液相色譜法)與Cr6+ (原子吸收分光光度法)的濃度。P(ΗΒ-Η0) /CS復合納米吸附劑對甲苯與Cr6+的吸附率分別為96.36%、98.97%。
[0032]作為對照，將0.5gCS與P(HB-HO)共混材料(CS與P(HB-HO)的重量份數比為1:3)作為吸附劑，采用與上述相同的方法對甲苯、Cr6+復合污水進行吸附處理。共混材料吸附劑對甲苯與Cr6+的吸附率分別為2