一種磁性多孔陽離子高分子附劑及其制備方法與流程

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種磁性多孔陽離子高分子附劑及其制備方法。

背景技術：

隨著現代工業的飛速發展，工業廢水、家庭生活廢水的大量排放以及農藥、化肥的不合理使用，引起了水體的嚴重污染，嚴重影響了人們的健康生活。因此，研究經濟又高效的廢水處理方法是當前人們關注的焦點。目前廢水處理技術主要有光催化氧化、化學混凝、生物吸附等技術，其中生物吸附是一種簡單、有效、又經濟的方法，因此生物吸附法在水處理方面應用前景廣闊。吸附劑是生物吸附的關鍵核心，目前的吸附劑主要有多孔碳、硅藻土、凹凸棒、合成有機高分子、農業廢棄物等。但這些吸附劑仍存在成本高、制備過程復雜，應用時分離不方便，甚至有的會產生二次污染等不足。相比之下，天然高分子基吸附劑具有良好的生物相容性和可修飾性，從而受到廣泛關注。

在天然高分子基吸附中，殼聚糖一直受到人們的青睞。殼聚糖分子鏈骨架上分布著大量NH₂基，OH基等極性集團和離子鍵，氫鍵等，對水中凝膠有著良好的電荷中和和吸附架橋作用且殼聚糖無毒有良好的降解性。聚乙烯亞胺是一種重要高分子，和殼聚糖一樣，具有良好的生物相容性，近年來被廣泛用于藥物和基因載體。

本發明利用四水合氯化亞鐵、六水合氯化鐵、聚乙烯亞胺和殼聚糖制備一種磁性多孔陽離子高分子附劑，并使具備高效的吸附性能、簡便的磁分離性能和良好的環境友好性能。既克服了聚乙烯亞胺pH適用性差的缺點，又克服了殼聚糖酸、堿性條件下吸附效果差，用量大、成本高的缺點。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術不足，提供一種磁性多孔陽離子高分子附劑及其制備方法，該吸附劑對剛果紅和六價鉻具有高效的吸附效果，吸附劑投料增加到25 mg對100 mg/L（50 mL）剛果紅的去除率達到95%以上，在污水處理領域具有良好的應用前景。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種磁性多孔陽離子高分子附劑的制備方法，以四水合氯化亞鐵、六水合氯化鐵、聚乙烯亞胺和殼聚糖為基材，將四水合氯化亞鐵、六水合氯化鐵和殼聚糖超聲乳化均勻，加熱反應后原位成核生成四氧化三鐵納米粒子，磁性納米粒子在成核生長的同時被殼聚糖和聚乙烯亞胺分子鏈包合形成三元網絡互穿復合物，然后通過交聯反應，將聚乙烯亞胺與包合復合物進行交聯接枝，制得聚乙烯亞胺-殼聚糖磁性多孔陽離子高分子吸附劑。

具體步驟如下：

（1）將0.2-2.0 g 四水合氯化亞鐵和0.8-6.0 g六水合氯化鐵分散在30 mL 去離子水中，超聲混合均勻；

（2）將步驟（1）得到的混合溶液逐滴加入到50 mL 溶解了0.5-8.0 g殼聚糖和0.1-2.0g聚乙烯亞胺的醋酸溶液中，用均質機乳化15 min；

（3）將步驟（2）得到的混合物轉入到三口燒瓶中，通入氮氣后加熱到40-90℃，加入3-20 mL氨水，反應0.5-3.0 h，然后加入0.1-5.0 g聚乙烯亞胺，用均質機乳化10 min；

（4）往步驟（3）得到的混合物中加入環氧氯丙烷0.1-5.0 mL，交聯反應0.5-4小時；用冷水終止反應，并用1mol/L鹽酸溶液調節pH至中性，產物用外加磁場分離后冷凍干燥，即得到磁性多孔陽離子高分子吸附劑。

本發明的顯著優點在于：本發明以四水合氯化亞鐵、六水合氯化鐵、聚乙烯亞胺和殼聚糖為基材，通過無皂共混-原位包合-交聯的方法制得，該方法實現了一鍋法合成磁性多孔吸附劑，過程簡便，實現了低能耗、低溶劑制備。本發明制得的吸附劑對剛果紅等染料具有高效的吸附能力，吸附劑投料增加到25 mg對100 mg/L（50 mL）剛果紅的去除率達到95%以上，并且具有簡易、快捷的磁分離功能，有利于簡化水處理過程中常用的耗時、耗能的離心、沉降過程，在污水處理領域具有良好的應用前景。

附圖說明

圖1是磁性多孔陽離子高分子吸附劑的SEM圖；

圖2是磁性多孔陽離子高分子吸附劑對剛果紅的吸附效果圖。

具體實施方式

實施例1：

（1）將0.2 g 四水合氯化亞鐵和0.8 g六水合氯化鐵分散在30 mL 去離子水中，超聲混合均勻；

（2）將步驟（1）得到的混合溶液逐滴加入到50 mL 溶解了0.5 g殼聚糖和0.1g聚乙烯亞胺的醋酸溶液中，用均質機乳化15 min；

（3）將步驟（2）得到的混合物轉入到三口燒瓶中，通入氮氣后加熱到40℃，加入3 mL氨水，反應0.5 h，然后加入0.1 g聚乙烯亞胺，用均質機乳化10 min；

（4）往步驟（3）得到的混合物中加入環氧氯丙烷0.1 mL，交聯反應0.5小時；用冷水終止反應，并用1mol/L鹽酸溶液調節pH至中性，產物用外加磁場分離后冷凍干燥，即得到磁性多孔陽離子高分子吸附劑；

（5）在50 mL的剛果紅溶液中加入2.5 mg吸附劑，在超聲波攪拌吸附3 h，測定吸光度，檢測吸附效果。

實施例2：

（1）將0.5 g 四水合氯化亞鐵和2.5 g六水合氯化鐵分散在30 mL 去離子水中，超聲混合均勻；

（2）將步驟（1）得到的混合溶液逐滴加入到50 mL 溶解了1.0 g殼聚糖和0.3g聚乙烯亞胺的醋酸溶液中，用均質機乳化15 min；

（3）將步驟（2）得到的混合物轉入到三口燒瓶中，通入氮氣后加熱到80℃，加入5.0 mL氨水，反應1.5 h，然后加入0.8 g聚乙烯亞胺，用均質機乳化10 min；

（4）往步驟（3）得到的混合物中加入環氧氯丙烷0.4 mL，交聯反應1.0小時；用冷水終止反應，并用1mol/L鹽酸溶液調節pH至中性，產物用外加磁場分離后冷凍干燥，即得到磁性多孔陽離子高分子吸附劑；

（5）在50 mL的剛果紅溶液中加入10 mg吸附劑，在超聲波攪拌吸附3 h，測定吸光度，檢測吸附效果。

實施例3：

（1）將1.0 g 四水合氯化亞鐵和2.5 g六水合氯化鐵分散在30 mL 去離子水中，超聲混合均勻；

（2）將步驟（1）得到的混合溶液逐滴加入到50 mL 溶解了1.2 g殼聚糖和1.0g聚乙烯亞胺的醋酸溶液中，用均質機乳化15 min。

（3）將步驟（2）得到的混合物轉入到三口燒瓶中，通入氮氣后加熱到90℃，加入11.0 mL氨水，反應1.0 h，然后加入2.0 g聚乙烯亞胺，用均質機乳化10 min；

（4）往步驟（3）得到的混合物中加入環氧氯丙烷1.0 mL，交聯反應2.0小時；用冷水終止反應，并用1mol/L鹽酸溶液調節pH至中性，產物用外加磁場分離后冷凍干燥，即得到磁性多孔陽離子高分子吸附劑；

（5）在50 mL的剛果紅溶液中加入25 mg吸附劑，在超聲波攪拌吸附3 h，測定吸光度，檢測吸附效果。

實施例4：

（1）將1.5 g 四水合氯化亞鐵和4.0 g六水合氯化鐵分散在30 mL 去離子水中，超聲混合均勻；

（2）將步驟（1）得到的混合溶液逐滴加入到50 mL 溶解了2.0 g殼聚糖和1.5g聚乙烯亞胺的醋酸溶液中，用均質機乳化15 min；

（3）將步驟（2）得到的混合物轉入到三口燒瓶中，通入氮氣后加熱到90℃，加入20 mL氨水，反應1.5 h，然后加入3.0 g聚乙烯亞胺，用均質機乳化10 min；

（4）往步驟（3）得到的混合物中加入環氧氯丙烷3.0 mL，交聯反應3.0小時；用冷水終止反應，并用1mol/L鹽酸溶液調節pH至中性，產物用外加磁場分離后冷凍干燥，即得到磁性多孔陽離子高分子吸附劑；

（5）在50 mL的剛果紅溶液中加入50 mg吸附劑，在超聲波攪拌吸附3 h，測定吸光度，檢測吸附效果。

實施例5：

（1）將2.0 g 四水合氯化亞鐵和6.0 g六水合氯化鐵分散在30 mL 去離子水中，超聲混合均勻；

（2）將步驟（1）得到的混合溶液逐滴加入到50 mL 溶解了3.0 g殼聚糖和2.0g聚乙烯亞胺的醋酸溶液中，用均質機乳化15 min；

（3）將步驟（2）得到的混合物轉入到三口燒瓶中，通入氮氣后加熱到65℃，加入12 mL氨水，反應3.0 h，然后加入1.0 g聚乙烯亞胺，用均質機乳化10 min；

（4）往步驟（3）得到的混合物中加入環氧氯丙烷5.0 mL，交聯反應4.0小時；用冷水終止反應，并用1mol/L鹽酸溶液調節pH至中性，產物用外加磁場分離后冷凍干燥，即得到磁性多孔陽離子高分子吸附劑；

（5）在50 mL的剛果紅溶液中加入70 mg吸附劑，在超聲波攪拌吸附3 h，測定吸光度，檢測吸附效果。

從圖1中可以看出，該吸附劑表面不僅表面更粗糙，凹凸不平兼有很多褶皺，而且各分子鏈之間通過交聯反應形成了多孔網絡結構，這種結構可以提供很大的比表面和活性吸附位點，從而具有高性能的吸附能力。

從圖2中可以看出，該吸附劑投料增加到25 mg對100 mg/L（50 mL）剛果紅的去除率達到95%以上，說明該吸附劑對剛果紅具有良好的吸附去除效果。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。