一種磁性殼聚糖/生物炭復合材料去除廢水中五價砷的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環境功能材料和水處理新技術領域，具體地說是采用一種磁性殼聚 糖/生物炭復合材料去除廢水中五價砷的方法。
【背景技術】
[0002] 砷的來源包括自然來源和人為活動，地熱和地下水的自然活動是主要的自然來 源;人為活動，如采礦業、飼養業、護林業等會大量的排放砷污染物，從而給生態系統帶來嚴 重的影響。人體一旦攝入足夠量的含砷污染物會引發一系列的疾病，尤其是對肺部和泌尿 系統的影響。無機砷的主要存在形式是三價砷(AsOA)和五價砷(AsOA)。雖然五價砷相較 于三價砷毒性比較小，但是其在一般條件下非常穩定，很難去除，而且五價砷在一定條件下 也易轉化為毒性更大的三價砷。因此，為了保護生態環境和人類身體健康，有效地去除水環 境中的五價砷也是非常必要的。目前，降解五價砷的主要方法有膜處理技術、離子交換法、 氧化還原法、絮凝法、吸附法等。同其他方法相比，由于吸附法的經濟性、有效性和環保性而 被廣泛應用。常用的吸附劑有活性炭、碳纖維材料、黏土礦物和一些氧化物等。在實際應用 中，由于材料的昂貴、吸附能力不足、不易分離而限制了很多吸附劑的應用，故制備一種能 夠解決這些問題的吸附劑具有重大的現實意義。
[0003] 生物炭作為一種天然材料，一直是水處理領域的研究熱點，尤其是作為吸附材料 的應用。生物炭是運用生物質通過高溫熱解方法在缺氧或少氧條件下形成的一類含碳量較 高的固體材料，其表面疏松多孔、含有豐富的官能團，并因其價格低廉、來源廣泛、環境相容 且不會造成二次污染而被廣泛應用。但是由于其有限的吸附位點和在吸附后很難從廢水中 分離而限制了其實際應用。殼聚糖是由幾丁質脫乙酰化得到的天然高分子化合物，具有良 好的可降解性和環境相容性。殼聚糖分子中大量的羥基和氨基使其易于化學改性并具有較 強的反應能力，便于與五價砷離子發生螯合，從而達到去除五價砷的目的。而且，將磁流體 與其相結合，并通過戊二醛的交聯作用，將帶有磁流體的殼聚糖嫁接到生物炭基體上，使該 復合材料具有較強的吸附性能及分離能力。

【發明內容】

[0004] 本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種吸附容量大、成本低、 制備簡單且易分離的去除廢水中五價砷的方法。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種利用磁性殼聚糖/生物炭復 合材料去除廢水中五價砷的方法，所述方法包括以下步驟:取一定量的含五價砷廢水，將一 定量的磁性殼聚糖/生物炭復合材料添加到廢水中，在水浴恒溫振蕩箱中吸附，反應完成后 用磁鐵將復合材料從廢水中分離，完成對廢水中五價砷的去除。
[0006] 上述技術方案中，所述磁性殼聚糖/生物炭復合材料由以下步驟制得：
[0007] (1)取0.4~0.6mol的FeCl3 · 6H2O與0.2~0.4mol的FeCl2 · 4H2〇融入200~240mL 超純水中，混合均勻，在50~60°C水浴條件下逐滴加入lmol/L NaOH溶液，直至pH為8.5~ 9.5，攪拌IOmin后，并調節溫度上升至60~70°C，再加入0.6~0.8mL吐溫80，持續攪拌30~ 50min后調節pH至中性，洗滌3~5次，并在30~50°C下超聲分散40min，定容后，得到質量濃 度為30~40g/L的磁流體；
[0008] (2)取2~4g殼聚糖溶于體積百分數為1~2%的乙酸溶液中，配制成質量百分數為 2~4 %殼聚糖溶液。
[0009] (3)將水稻生物質在空氣中自然干燥2~4天，然后在50~60°C條件下干燥48h，研 磨，過150目篩。把過好篩處理過的水稻生物質放入管式爐中，400~600°C，通N2，燒1~2h， 即得到水稻生物炭。最后將所得生物炭研磨，再過150目篩；
[0010] (4)將步驟(2)中的殼聚糖溶液加入到三頸燒瓶中，將三頸燒瓶置于恒溫水浴鍋中 保持反應溫度50~60°C，在轉速200~400轉/分鐘條件下，向三頸燒瓶中逐滴加入10~20mL 步驟（1)中的磁流體，攪拌30分鐘后，取1~2g步驟(3)中的生物炭，加入到三頸燒瓶中，繼續 攪拌50~60分鐘，加入4~5mL 25 %戊二醛溶液后，攪拌直至形成凝膠，然后用Imol/L的 NaOH調節pH為8.0~10.0，繼續攪拌1~2h，所得產物經冷卻，分離、洗滌至中性后，50~60°C 烘干、研磨、過150目篩，即得到磁性殼聚糖/生物炭復合材料。
[0011] 上述技術方案中，所述廢水中五價砷離子的濃度優選控制在0.2~50mg/L(最優選 為10mg/L~20mg/L)。
[0012] 上述技術方案中，所述含五價砷的溶液中吸附劑的用量優選為1~2g/L。
[0013] 上述技術方案中，所述吸附反應的pH值優選為3~11(最優選為4~6)。
[0014] 上述技術方案中，所述吸附反應溫度優選為10~50°C(最優選為25~45°C)。
[0015]上述技術方案中，所述吸附反應時間優選為0~24h。
[0016] 與現有技術相比，本發明的優點在于：
[0017] 1.本發明的磁性殼聚糖/生物炭復合材料吸附位點多，吸附容量大，對廢水中五價 砷去除能力較高。
[0018] 2.本發明的磁性殼聚糖/生物炭復合材料，主要原材料殼聚糖、生物炭來源廣泛， 價格低廉，較易獲得，且環境相容，易于降解，無二次污染。
[0019] 3.本發明的磁性殼聚糖/生物炭復合材料制備工藝及操作簡單，生產周期短，產品 回收率高，能夠有效實現工業化生產。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明實施例1中磁性殼聚糖/生物炭復合材料的掃描電鏡圖；
[0021] 圖2為本發明實施例1中磁性殼聚糖/生物炭復合材料的紅外光譜示意圖；
[0022] 圖3是本發明實施例1中磁性殼聚糖/生物炭復合材料的磁滯曲線和其在外加磁場 下分離效果示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0024] 實施例1:
[0025] -種本發明所述的磁性殼聚糖/生物炭復合材料，該復合材料的制備方法如下：
[0026] 1.吸附劑的制備
[0027] (1)取0.6mol的FeCl3 · 6H20與0.4mol的FeCl2 · 4H20融入240mL超純水中，混合均 勻，在55°C水浴條件下逐滴加入lmol/L NaOH溶液，直至pH為9，攪拌IOmin后，并調節溫度上 升至65°C，再加入0.8mL吐溫80,持續攪拌30min后調節pH至中性，洗滌3次，并在40°C下超聲 分散40min，定容后，得到質量濃度為40g/L的磁流體；
[0028] (2)取2g殼聚糖溶于體積百分數為2%的乙酸溶液中，配制成質量百分數為2%殼 聚糖溶液。
[0029] (3)將水稻生物質在空氣中自然干燥2天，然后在60°C條件下干燥48h，研磨，過150 目篩。把過好篩處理過的水稻生物質放入管式爐中，45〇1，通犯，燒2h，即得到水稻生物炭。 最后將所得生物炭研磨，再過150目篩；
[0030] (4)將步驟(2)中的殼聚糖溶液加入到一個三頸燒瓶中，將三頸燒瓶置于恒溫水浴 鍋中保持反應溫度50°C，在轉速300轉/分鐘條件下，向三頸燒瓶中逐滴加入IOmL步驟（1)中 的磁流體，攪拌30分鐘后，取Ig步驟(3)中的生物炭，加入到三頸燒瓶中，繼續攪拌60分鐘， 加入4mL 25%戊二醛溶液后，攪拌直至形成凝膠，然后用lmol/L的NaOH調節pH為9，繼續攪 拌2h，所得產物經冷卻，分離、洗滌至中性后，60°C烘干、研磨、過150目篩，即得到磁性殼聚 糖/生物炭復合材料。
[0031] 2.對五價砷廢水進行處理
[0032] 配制9份15mg/L的五價砷溶液，用lmol/L的鹽酸或氫氧化鈉調節pH值分別為3、4、 5、6、7、8、9、10、11。加入上述磁性殼聚糖/生物炭復合材料，吸附劑用量為以/1。分別置于水 浴恒溫振蕩箱中，保持溫度為25°C，轉速為150轉/分鐘，振蕩24h后用磁鐵將復合材料從廢 水中分離，完成對五價砷廢水的處理。用原子熒光儀測定廢水中未被吸附的五價砷離子的 濃度的含