一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术提供了一种壳聚糖‑金属氢氧化物复合材料，包括壳聚糖及负载于所述壳聚糖上的金属氢氧化物。本发明专利技术制备的用于自然水体修复治理的复合材料，吸附容量大，效果好，不会引起二次污染，是一种绿色、环保的复合材料。

A Chitosan-Metal Hydroxide Composite Material, Its Preparation Method and Application

The invention provides a chitosan-metal hydroxide composite material, comprising chitosan and metal hydroxides loaded on the chitosan. The composite material prepared by the invention for natural water body restoration and treatment has large adsorption capacity, good effect and no secondary pollution, and is a green and environmental protection composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料、制备方法及应用
本专利技术涉及一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
水是生命的源泉，是人类赖以生存和发展的不可缺少的物质资源之一。随着工业的快速发展，人类对环境资源的开发利用日益频繁，全球自然水体环境污染情况不容乐观，河道作为一个联系陆地和湖泊或海洋的纽带，其环境问题也日益突出，河道环境问题主要体现在以下几个方面：(1)水土流失等造成河道堵塞淤积、防洪能力降低；(2)工业、农业及城乡生活污水的大量排放，造成水体氮磷含量明显升高，河道水体富营养化，致使水生植物和藻类大量繁殖，水质恶化；(3)由于胡乱采砂、垃圾废物胡乱堆弃等原因造成河流水流受阻，河流改道等；(4)由于人类建筑施工等过程的占用及建筑废料填埋河道，使得河流变窄，水容量降低。其中，水体富营养化污染，是一个世界性难题，它不仅严重破坏了水域生态景观和水体生态环境，降低了水体的使用功能，导致鱼类等生物大量中毒而死亡，造成水产养殖业损失等，而且富营养化的水臭味大、颜色深、细菌及亚硝酸盐、硝酸盐等污染物多，人畜食用后会引起多种传染病和寄生虫病，还诱发食道癌、胃癌等，严重危害人畜健康，已经成为亟待解决的重要环境问题，而磷又是诱发富营养化污染的主要因子。因此，有效地降低水体中磷的含量，是防止水体富营养化的重要途径，是河道修复治理中一项极其紧迫的任务。鉴于河流对生态环境及人类生活的重要性，近年来人们逐渐认识到河道环境修复治理的重要性，在河道环境修复治理中做了大量研究。目前，已有很多技术应用于河道中磷的去除，如化学法、生物法及吸附法。化学法除磷的基本原理是通过投加化学试剂，使之与水中磷酸根形成不溶性磷酸盐沉淀物，固液分离后将磷从自然水体中除去，使用的化学试剂一般为铁盐、铝盐、钙盐。利用化学法除磷，磷的去除率较高，处理效果稳定，但成本较高，产生的污泥量较大。生物法除磷运行条件较为苛刻，受自然水体水质影响较大，产生的污泥较难处理，且对磷的脱除率不高。吸附法除磷是利用某些多孔或大比表面积的物质对磷酸根的亲和力来实现的除磷工艺，因其具有经济、高效、易于操作和控制、无二次污染等优点而备受关注。吸附法的关键在于吸附剂的选择，目前常用的吸附剂主要包括天然材料及其改性物、工业废渣及其改性物、活性氧化铝及其改性物以及人工合成的吸附剂等。其中，天然材料、工业废渣因吸附容量小、容易产生二次污染等因素，应用受到限制；活性氧化铝是目前得到应用的除磷吸附剂，但其吸附容量不高，运行周期较短，吸附饱和后再生费用较高。因此，研发一种高效除磷吸附材料成为一种趋势。壳聚糖(CTS)是自然界广泛存在的甲壳素脱乙酰得到的产物，是粉末吸附剂成型的良好粘结剂和骨架支撑材料，其分子中含有活泼的氨基和羟基，能够成为许多吸附质的吸附位点，具有良好的反应活性，且其前体来源广泛、无毒无害、易生物降解，具有很大的开发、利用价值。壳聚糖吸附重金属离子的能力已经得到肯定，但其对于以阴离子形式存在的磷酸根的吸附效果并不理想，同时，传统的壳聚糖一般为粉末状，固液分离困难，在酸性条件下易溶解，这些因素都限制了它的应用。
技术实现思路
本专利技术提供了一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料，包括壳聚糖及负载于所述壳聚糖上的金属氢氧化物。本专利技术利用壳聚糖对金属离子的吸附性能，在壳聚糖分子间原位生成金属氢氧化物，本专利技术所得到的复合材料能够有效的去除自然水体中的磷，降低水中的富营养化，起到治理修复自然水体的作用。所述自然水体包括但不限于河水、湖水及江水。作为一种实施方式，所述复合材料的平均孔径为2.0～3.8nm。作为另一种实施方式，所述复合材料的平均孔径为2.0～3.0nm。作为一种实施方式，所述复合材料的饱和吸附量为15～25mg/g。所述饱和吸附量是指单位重量的吸附剂达到吸附饱和时所能吸附的溶质质量。作为一种实施方式，所述壳聚糖的脱乙酰度为80～90％。作为一种实施方式，所述壳聚糖的质量为所述复合材料质量的75～95％。作为另一种实施方式，所述壳聚糖的质量为所述复合材料质量的80～90％。作为一种实施方式，所述金属氢氧化物中的金属元素选自铁、铝、镁、锰及镍中至少一种。作为另一种实施方式，所述金属氢氧化物还包括金属氢氧化物的水合物。作为另一种实施方式，所述金属氢氧化物选自Fe(OH)3、Al(OH)3、Mg(OH)2、Ni(OH)2、Fe(OH)3·3H2O、Al(OH)3·5H2O及Mn(OOH)·H2O中的至少一种。本专利技术提供一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将壳聚糖和酸的水溶液混合得到改性的壳聚糖；2)将碱的水溶液、改性的壳聚糖及金属盐混合后得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。作为一种实施方式，步骤2)将碱的水溶液、改性的壳聚糖及金属盐混合后调节混合溶液的pH至碱性，得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。作为一种实施方式，步骤2)将碱的水溶液、改性的壳聚糖及金属盐混合后调节混合溶液的pH至碱性，然后静置得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。作为一种实施方式，步骤2)将碱的水溶液、改性的壳聚糖及金属盐混合后调节混合溶液的pH至碱性，然后静置、干燥得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。本专利技术提供一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将壳聚糖和酸的水溶液混合得到改性的壳聚糖：2)将改性的壳聚糖及金属盐混合得到混合溶液A；3)将混合溶液A与碱的水溶液混合得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。本专利技术将处于溶液状态下的改性壳聚糖与金属盐混合，使壳聚糖与金属离子形成配合物，再在搅拌下利用碱性溶液调整配合物溶液的pH值使复合物析出。本专利技术利用壳聚糖对多种金属离子的吸附性，在壳聚糖分子间原位生成金属氢氧化物，相比于直接沉淀法，本专利技术优选得到的复合产物的粒径较小、掺杂金属离子简便、均匀，能够在有效控制产物尺寸的同时，实现有效的负载；所述直接沉淀法为将壳聚糖、金属盐、碱的水溶液三者直接混合。作为一种实施方式，步骤3)将混合溶液A与碱的水溶液混合后调节混合溶液的pH至碱性，得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。本专利技术中，加入碱的水溶液使金属盐反应得到复合金属氢氧化物，复合金属氢氧化物在碱性的条件下负载在改性壳聚糖上并沉淀析出。作为一种实施方式，步骤3)将混合溶液A与碱的水溶液混合后调节混合溶液的pH至碱性，然后静置得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。本专利技术中，静置的目的是为了让初生的沉淀(即生成的金属氢氧化物)和母液(是指在化学沉淀或结晶过程中分离出沉淀或晶体后残余的饱和溶液)一起放置一段时间，一方面可以去除沉淀中包藏的杂质，另一方面，静置过程中，小晶粒消失，大晶粒不断长大，晶体得到生长，减少其它离子在晶体表面的吸附，同时晶体的粒径分布也会比较均匀。作为一种实施方式，步骤3)将混合溶液A与碱的水溶液混合后调节混合溶液的pH至碱性，然后静置、干燥得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。作为一种实施方式，步骤1)中所述壳聚糖的平均粒径为60～200目。作为另一种实施方式，步骤1)中所述壳聚糖的平均粒径为100～150目。作为一种实施方式，步骤1)中所述酸在水中的浓度为0.05～0.45mol/L。作为一种实施方式，步骤1)中所述酸选自盐酸、柠檬酸及冰醋酸中至少一种。作为一种实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种壳聚糖‑金属氢氧化物复合材料，包括壳聚糖及负载于所述壳聚糖上的金属氢氧化物。

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料，包括壳聚糖及负载于所述壳聚糖上的金属氢氧化物。2.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料的平均孔径为2.0～3.8nm。3.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述复合材料的饱和吸附量为15～25mg/g。4.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述壳聚糖的脱乙酰度为80～90％。5.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述壳聚糖的质量为所述复合材料质量的75～95％。6.如权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述金属氢氧化物中的金属元素选自铁、铝、镁、锰及镍中至少一种。7.一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将壳聚糖和酸的水溶液混合得到改性的壳聚糖；2)将碱的水溶液、改性的壳聚糖及金属盐混合后得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤2)将碱的水溶液、改性的壳聚糖及金属盐混合后调节混合溶液的pH至碱性，得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于：步骤2)将碱的水溶液、改性的壳聚糖及金属盐混合后调节混合溶液的pH至碱性，然后静置、干燥得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。10.一种壳聚糖-金属氢氧化物复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)将壳聚糖和酸的水溶液混合得到改性的壳聚糖；2)将改性的壳聚糖及金属盐混合得到混合溶液A；3)将混合溶液A与碱的水溶液混合得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于：步骤3)将混合溶液A与碱的水溶液混合后调节混合溶液的pH至碱性，得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于：步骤3)将混合溶液A与碱的水溶液混合后调节混合溶液的pH至碱性，然后静置、干燥得到壳聚糖-金属氢氧化物复合材料。13.如权利要求7或10所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述壳聚糖的平均粒径为60～200目。14.如权利要求7或10所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述酸在水中的浓度为0.05～0.45mol/L15.如权利要求7或10所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述酸选自盐酸、柠檬酸及冰醋酸中至少一种。16.如权利要求7或10所述的制备方法，其特征在于：所述金属盐选自铁盐、铝盐、锰盐、镍盐及镁盐中至少一种。17.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于：所述金属盐为铁盐和锰盐；或所述金属盐为铁盐和铝盐；或所述金属盐为锰盐和铝盐；或所述金属盐为镍盐和铁盐；或所述金属盐为铁盐和镁盐；或所述金属盐为铁盐、锰盐和铝盐；或所述金属盐为铁盐、镍盐和镁盐。18.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于：所述金属盐为铁盐和锰盐；或所述金属盐为铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐利锋，袁新兵，施力，吴杰，
申请(专利权)人：湖州欧美新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33