一種復(fù)合納米吸附劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合納米吸附劑及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[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(yán)重，多數(shù)是由多種污染物組合而成的復(fù)合污染。難降解有機(jī)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(jī)物的復(fù)合污染成為了一種比較普遍的現(xiàn)象，例如污水處理廠的污泥、城市生活垃圾滲濾液、含農(nóng)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(jī)物復(fù)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(jī)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(jī)物復(fù)合污染的治理技術(shù)包括強(qiáng)化混凝法、光化學(xué)催化法、生物法、膜法及吸附法等。其中，吸附法因?qū)χ亟饘俸投喾N有機(jī)物吸附效率高、去除能力強(qiáng)，吸附材料可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，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?；a(chǎn)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(diǎn)，在醫(yī)藥、化工、食品、環(huán)境等領(lǐng)域廣泛應(yīng)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(jià)鍵與重金屬離子等發(fā)生配位反應(yīng)，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(jīng)發(fā)酵方式生產(chǎn)的疏水性高分子聚酯。該材料具有良好的物理學(xué)特性(如熱塑性、壓電性、光學(xué)活性、力學(xué)機(jī)械性能等)和優(yōu)良的生物學(xué)特性(如生物可降解性、生物相容性、降解產(chǎn)物無毒性及表面可修飾性等)，已成為當(dāng)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(jī)物(氯苯或鄰氯硝基苯)的文獻(xiàn)報(bào)道，但該吸附劑的比表面積較小(58.78m2.g—1)，達(dá)到吸附平衡所需時間較長(36h)，吸附能力有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有吸附劑存在的吸附能力有限的不足，提供一種復(fù)合納米吸附劑及其制備方法和應(yīng)用。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種復(fù)合納米吸附劑，其中:以下列重量份數(shù)的基質(zhì)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(fù)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(shù)的P(HB-HO)溶于有機(jī)相中，且所述的P(HB-HO)在有機(jī)相中濃度為I?10%;
[0010](2)再將上述重量份數(shù)的CS放入濃度為2%的醋酸溶液中進(jìn)行溶解，再加入上述重量份數(shù)的致孔劑混合后，在10000?15000rpm的轉(zhuǎn)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(jìn)行混合后，在10000?15000rpm的轉(zhuǎn)速下高速勾楽5?1min，形成復(fù)乳液；
[0012](4)將步驟(3)制得的復(fù)乳液充分?jǐn)嚢??8h，使有機(jī)相完全揮發(fā)，使復(fù)乳液在15000rpm的轉(zhuǎn)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P(yáng)VA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(zhuǎn)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(jī)在-50°C的溫度下冷凍干燥24h，得到P (HB-HO) /CS復(fù)合納米吸附劑。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述的有機(jī)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(fù)合納米吸附劑應(yīng)用于同時吸附污水中重金屬和疏水性有機(jī)物中。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):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(fù)乳勻漿法制備了 P(HB_H0)/CS復(fù)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(jié)構(gòu)，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(yīng)，P(HB-HO)具有極強(qiáng)的疏水性，經(jīng)吸附試驗(yàn)證實(shí)，將CS對重金屬的優(yōu)良吸附性能與P(HB-HO)對疏水性有機(jī)物特有的親和力相結(jié)合，可同時去除污水中的重金屬與疏水性有機(jī)物，大大提高了對污水中復(fù)合污染的處理效率。
【附圖說明】
[0018]圖1為P(HB-HO) /CS復(fù)合納米吸附劑的掃描電鏡圖。
[0019]圖2為P(HB_H0)/CS復(fù)合納米吸附劑的粒徑分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
[0021]本實(shí)施例一種復(fù)合納米吸附劑，其中:以下列重量份數(shù)的基質(zhì)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(fù)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(shù)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(shù)的CS放入濃度為2%的醋酸溶液中進(jìn)行溶解，再加入上述重量份數(shù)的氯化鈉混合后，在15000rpm的轉(zhuǎn)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(jìn)行混合后，在15000rpm的轉(zhuǎn)速下高速勾楽5min，形成復(fù)乳液；
[0028](4)將步驟(3)制得的復(fù)乳液充分?jǐn)嚢?h，使二氯甲烷完全揮發(fā)，使復(fù)乳液在15000rpm的轉(zhuǎn)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P(yáng)VA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(zhuǎn)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(jī)在-50°C的溫度下冷凍干燥24h，得到P (HB-HO) /CS復(fù)合納米吸附劑。
[0030]P (HB-HO) /CS復(fù)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(jié)構(gòu)，粒徑分布在250-350nm左右。
[0031]以實(shí)施例1制備的P(HB-H0)/CS復(fù)合納米吸附劑對甲苯、Cr6+復(fù)合污水進(jìn)行吸附處理。稱取0.5gP(HB-H0)/CS復(fù)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(fù)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(shù)比為1:3)作為吸附劑，采用與上述相同的方法對甲苯、Cr6+復(fù)合污水進(jìn)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