α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖、制备方法及其在含镉废水处理领域中的应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖，包括四氧化三铁、壳聚糖和α-酮戊二酸，饱和磁化值为20～25emu/g，四氧化三铁和壳聚糖制备得到磁性壳聚糖，改性的磁性壳聚糖呈网状结构，红外光谱图上出现了Fe-O键等官能团峰值，表现出团聚现象，制备方法是将含有壳聚糖的乙酸溶液加入到四氧化三铁悬浮液中，加入三聚磷酸钠溶液，反应，分离得磁性壳聚糖；然后将α-酮戊二酸加入到含有磁性壳聚糖的乙酸缓冲液中，加入硼氢化钠溶液，分离得到α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖，其理化性能稳定、磁性强，在处理含镉离子废水中，处理效率高，可重复利用，回收方便。
【专利说明】α -酮戊二酸改性的磁性壳聚糖、制备方法及其在含镉废水处理领域中的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种a_酮戊二酸改性壳聚糖，具体是涉及一种α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖、制备方法和在含镉废水处理领域中的应用。
【背景技术】
[0002]重金属离子具有很大危害，比如镉离子广泛存在于皮革制造、电镀、印刷、冶金等工业废水中，具有很高的毒性、致癌性以及水溶性，同时它能够通过食物链传播，最终破坏人体的肾脏和骨骼。来自日本富山县，震惊全人类的痛痛病就是由口服含镉的水导致的，因此，去除水体中的镉离子在国内外引起了广泛的关注。
[0003]在众多重金属离子特别是镉离子的去除方法中，吸附法由于其操作简单方便、吸附剂种类多、吸附成本低廉、处理效率高以及容易再生等特点，引起了人们的兴趣和关注。壳聚糖是一种自带氨基和羟基的天然有机物，能够与重金属离子发生螯合作用，在重金属处理方面具有显著优势，但是由于壳聚糖本身自带的氨基极易形成四级胺正离子，有弱碱性阴离子交换作用，在酸性溶液中容易溶解，稳定性差，因此对其进行改性，能够更高效的应用于重金属离子特别是镉离子的处理中。
[0004]α-酮戊二酸改性壳聚糖对金属离子的吸附性能，《东南大学学报(自然科学版)》，2001年I月第31卷第I期，公开了一种α _酮戊二酸改性壳聚糖的制备方法，步骤是，壳聚糖用蒸馏水溶胀后，加入α -酮戊二酸，室温下搅拌，得到透明的粘性溶液，用0.lmol/1氢氧化钠溶液调PH至4?5，搅拌，缓慢加入硼氢化钠溶液，硼氢化钠与α -酮戊二酸的摩尔比为1.8，稀盐酸调pH至6?7，反应24小时，将混合物缓慢倒入95%乙醇中，α -酮戊二酸改性壳聚糖析出，减压抽滤，滤出物依次用50ml无水乙醇、无水乙醚洗涤，转入索氏提取器用乙醇连续萃取，红外干燥，得白色粉末状固体，采用电导滴定法测得取代度为0.53。其对铜离子、锌离子和钴离子的吸附容量分别245.89mg/g(pH=7)、177.63mg/g(pH=7)、65.17mg/g (pH=5)，但上述方法达到平衡需时较长，吸附速率较慢。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的技术问题，提供一种理化性能稳定、磁性强、使用范围广的的α -酮戊二酸改性的磁性壳聚糖，同时还提供了一种工艺简单、实用性强的的α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的制备方法，以及一种α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖在含镉废水处理领域中的应用，该应用方法具有吸附容量大、吸附效率高且吸附剂可回收利用等优点。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种α -酮戍二酸改性的磁性壳聚糖，包括四氧化三铁、壳聚糖和α -酮戍二酸，饱和磁化值为20?25emu/g，其中四氧化三铁和壳聚糖制备得到磁性壳聚糖，四氧化三铁和壳聚糖的重量比为1: (1.5?2.5)，α-酮戊二酸和磁性壳聚糖的重量比为I?4:1，改性的磁性壳聚糖呈网状结构，红外光谱图上出现了 Fe-O键，α -酮戊二酸的C-H伸缩振动和羰基官能团峰值，表现出团聚现象。
[0008]作为一个总的发明构思，本发明还提供一种α -酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的制备方法，包括以下步骤:
[0009]将含有壳聚糖的乙酸溶液加入到四氧化三铁悬浮液中，混合，搅拌状态下加入三聚磷酸钠溶液进行共缩聚反应，三聚磷酸钠的化学式为Na5P3Oltl，分离得磁性壳聚糖；然后将α -酮戊二酸加入到含有磁性壳聚糖的乙酸缓冲液中，加入硼氢化钠溶液，分离得到α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖。其反应路线如下:
[0010]
【权利要求】
1.一种α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖，其特征是，包括四氧化三铁、壳聚糖和α-酮戊二酸，饱和磁化值为20?25emu/g，其中四氧化三铁和壳聚糖制备得到磁性壳聚糖，四氧化三铁和壳聚糖的重量比为1: 1.5?2.5，α -酮戊二酸和磁性壳聚糖的重量比为I?4:1，改性的磁性壳聚糖呈网状结构，红外光谱图上出现了 Fe-O键，α -酮戊二酸的C-H伸缩振动和羰基官能团峰值，表现出团聚现象。
2.一种如权利要求1所述的α -酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的制备方法，其特征是，将含有壳聚糖的乙酸溶液加入到四氧化三铁悬浮液中，混合，搅拌状态下加入三聚磷酸钠溶液进行共缩聚反应，分离得磁性壳聚糖；然后将α-酮戊二酸加入到含有磁性壳聚糖的乙酸缓冲液中，加入硼氢化钠溶液，分离得到α -酮戊二酸改性的磁性壳聚糖。
3.根据权利要求2所述的α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的制备方法，其特征是，含有壳聚糖的乙酸溶液中壳聚糖质量浓度为I?2%，三聚磷酸钠溶液的质量浓度为I?2%。
4.根据权利要求2所述的α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的制备方法，其特征是，分离方法是加入磁铁或外部磁场吸附被分离的磁性壳聚糖或α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖。
5.根据权利要求2所述的α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的制备方法，其特征是，含有磁性壳聚糖的乙酸缓冲液中磁性壳聚糖质量浓度为4?6g/L，硼氢化钠与α -酮戊二酸的摩尔比为1.5?2.5:1。
6.根据权利要求2所述的α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的制备方法，其特征是，含有壳聚糖的乙酸溶液中的乙酸和三聚磷酸钠的重量比为1:0.3?0.5。
7.—种如权利要求1所述的α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖在处理含镉重金属离子废水中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征是，步骤是，将α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖加入到含镉离子废水中，混合均匀，分离，得到吸附了镉离子的α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征是，还包括回收α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的步骤，所述步骤是，将吸附了镉离子的α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖加入到无机碱溶液中，震荡，分离，清洗，得到α -酮戊二酸改性的磁性壳聚糖。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征是，所述无机碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，浓度为0.01?0.03mol/L，吸附了镉离子的α -酮戊二酸改性的磁性壳聚糖的添加量为 0.5 ?1.5g/L。
【文档编号】B01J20/24GK103611503SQ201310610539
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】杨贵德, 汤琳, 雷晓霞, 曾光明, 蔡叶, 章毅, 周耀渝, 汤晶 申请人:湖南大学