一種針對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】本發明公開了一種針對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與生物質材料復合后再與十六烷基三甲基溴化銨反應生成的改性材料，納米Fe3O4的含量為38.1wt%~57.5wt%，所述的吸附劑飽和磁化強度為25.1emu/g~38.4emu/g；本發明所用的生物質材料來源豐富、價格低廉，制備所得磁性生物吸附劑對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實現分離。
【專利說明】一種針對水中陰離子型染料的磁性生物吸附劑
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水處理劑，特別是涉及一種針對水中陰離子型染料的磁性生物吸附劑。
【背景技術】
[0002]吸附法被認為是一種簡單、快速、有效的廢水處理方法，該技術的成功應用很大程度上取決于吸附劑的高效發展。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注。磁性生物吸附劑可通過磁分離技術可實現固液的簡單分離，同時吸附劑磁化后具有機械強度高、化學穩定性好、廉價和易于再生等優點，因此磁性生物吸附劑在水處理工程中具有很好的應用前景。
[0003]目前，由于生物吸附劑表面帶負電荷，使得其主要應用于水中重金屬離子以及陽離子型染料的去除，而對陰離子型染料的去除鮮見報道，因此如何采用磁性生物吸附劑實現水中陰離子型染料的去除成為一個有待研究的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提出一種針對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與生物質材料復合后再與十六烷基三甲基溴化銨反應生成的改性材料，納米Fe3O4的含量為38.1 wt %~57.5 wt %，所述的吸附劑飽和磁化強度為25.1emu/g~38.4 emu/g ;所述生物質材料為石藥、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步驟:
(1)采用戊二醛交聯法制備磁性生物質材料:將生物質材料和納米Fe3O4加入戊二醛溶液中，控制生物質材料和納米Fe3O4總和的投加濃度為20 g/L, 25 °C下攪拌反應，在外加磁場的條件下進行分離，去離子水和乙醇交替洗滌、冷凍干燥后得磁性生物質材料；所述的生物質材料為干燥的粉末狀石莼、酵母粉或小球藻；
(2)將步驟(1)得到的磁性生物質材料加入十六烷基三甲基溴化銨溶液中，控制磁性生物質材料的投加濃度為30 g/L，常溫下攪拌反應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)中生物質材料和納米Fe3O4的投加質量比為2:3~3: 2，戊二醛溶液濃度為7%~50% (w/v)，攪拌反應時間為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用，其特征在于，將其作為吸附劑應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含陰離子型染料的水中常溫下進行振蕩吸附，后通過外加磁場進行分離。
[0010]所述陰離子染料為靛藍二磺酸鈉。
[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，然后通過設置外加磁場(例如普通的磁鐵)進行固液分離。
[0012]同時，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現回收再利用。
[0013]本發明所制得的磁性生物吸附劑，其具有以下優點:
(I)本發明所用的生物質材料(石莼、酵母粉和小球藻)，均來源豐富，價格低廉。
[0014](2)本發明所得的磁性生物吸附劑經過采用戊二醛將生物質材料與納米Fe3O4交聯結合后，在使用過程中不易發生脫落，且機械強度高、化學穩定性好。
[0015](3)本發明所得的磁性生物吸附劑不但對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，可通過外加磁場實現對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為本發明實施例的吸附劑的XRD圖；
圖2為本發明實施例的吸附劑對靛藍二磺酸鈉的等溫吸附平衡線圖；
【具體實施方式】
下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述，以下實施例在以本發明技術方案為前提下進行，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下屬的實施例。
[0017]實施例中制備出的吸附劑中納米Fe3O4的含量采用熱重法測得，飽和磁化強度由振動樣品磁強計測得。
[0018]實施例1:本發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24 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯產物，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]實施例2:本發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18 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯產物，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，飽和磁化強度為31.5 emu/g。
[0020]實施例3:本發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12 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯產物，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，飽和磁化強度為38.4 emu/g。[0021]實施例4:本發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24 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯產物，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 %，飽和磁化強度為37.8 emu/g。
[0022]實施例5:本發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18 h后用磁鐵分離，再用乙醇和去離子水交替清洗交聯產物，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%，飽和磁化強度為25.6 emu/g。
[0023]實施例6:本發明所述磁性生物吸附劑對陰離子型染料的吸附性能測試
為了考察本發明所述磁性生物吸附劑對陰離子型染料的吸附能力，我們以靛藍二磺酸鈉染料為模型污染物，對實施例1、實施例2和實施例3制備所得的磁性石莼吸附劑進行了等溫吸附平衡實驗。將0.1 g吸附劑分別投加到濃度為0-500 mg/L的靛藍二磺酸鈉溶液中，25 °C下在恒溫振蕩器中以150 rmp的速度振蕩吸附過夜，然后采用外加磁場進行固液分離，取上清液分析溶液中靛藍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方程對等溫吸附平衡線進行擬合得到實施例1、實施例2和實施例3制備所得的磁性石莼吸附劑對靛藍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進行浸泡過夜解吸，利用外加磁場固液分離后再次應用于吸附水中的靛藍二磺酸鈉，過程同上，得到實施例1、實施例2和實施例3制備所得的磁性石莼吸附劑使用三次后對靛藍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施例4和實施例5制備所得的磁性酵母吸附劑和磁性小球藻吸附劑對靛藍二磺酸鈉的飽和吸附容量分別為135.6 mg/g和152.3 mg/g。
【權利要求】
1.一種針對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與生物質材料復合后再與十六烷基三甲基溴化銨反應生成的改性材料，納米Fe3O4的含量為38.1 wt %?57.5 wt %，所述的吸附劑飽和磁化強度為25.1 emu/g?38.4 emu/g ;所述生物質材料為石莼、小球藻、酵母粉。
2.一種如權利要求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步驟: (1)采用戊二醛交聯法制備磁性生物質材料:將生物質材料和納米Fe3O4加入戊二醛溶液中，控制生物質材料和納米Fe3O4總和的投加濃度為20 g/L，25 °C下攪拌反應，在外加磁場的條件下進行分離，去離子水和乙醇交替洗滌、冷凍干燥后得磁性生物質材料；所述的生物質材料為干燥的粉末狀石莼、酵母粉或小球藻； (2)將步驟(I)得到的磁性生物質材料加入十六烷基三甲基溴化銨溶液中，控制磁性生物質材料的投加濃度為30 g/L，常溫下攪拌反應24 h后，去離子水洗滌、冷凍干燥后得磁性生物吸附劑。
3.根據權利要求2所述的磁性生物吸附劑的制備方法，其特征在于步驟(I)中生物質材料和納米Fe3O4的投加質量比為2:3?3:2，戊二醛溶液濃度為7%?50% (w/v)，攪拌反應時間為12 h?24 h0
4.根據權利要求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.根據權利要求1所述的磁性生物吸附劑的應用，其特征在于，將其作為吸附劑應用于吸附去除水中的陰離子型染料。
6.根據權利要求5所述的磁性生物吸附劑的應用，其具體的為:將磁性生物吸附劑投加進含陰離子型染料的水中常溫下進行振蕩吸附，后通過外加磁場進行分離。
7.根據權利要求5所述的磁性生物吸附劑的應用，其特征在于所述陰離子染料為靛藍二磺酸鈉。
8.根據權利要求6所述的磁性生物吸附劑的應用，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，然后通過設置外加磁場進行固液分離。
【文檔編號】C02F103/30GK103638907SQ201310679974
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月13日 優先權日:2013年12月13日
【發明者】李小娟, 林萍, 朱云燕, 劉明華 申請人:福州大學