一种金属吸附生物材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种金属吸附生物材料、其制备方法以及在 处理重金属废水和处理放射性废水中的应用。
【背景技术】
[0002] 重金属废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。采矿、冶金、 金属加工和表面处理等行业产生的重金属废水量较大，而且浓度高，若排放到环境中势必 引起重金属在生物体内蓄积，产生毒害。更重要的是，核电厂运行过程中还可能产生含重金 属的放射性废水，虽然这些废水例重金属浓度非常低，但其危害性比起普通重金属废液有 过之而不及。因此，含重金属废水必须要有效处理，才可排放。在这些重金属中，包含钴、锰、 锶、铯、铜等。过量的钴在人体中蓄积容易引起瘫痪，肺病，低血压和骨质疏松等疾病，放射 性钴以及放射性锶、锰和铯由于其半衰期长，很容易在人体器官中累积并形成放射性骨骼， 即使浓度低也危害巨大。制药行业、氯碱制造业等排放的废水中含有铜，据报道，当Cu 2+的含 量超过人体需要量的100~150倍时，可引起坏死性肝炎和溶血性贫血。
[0003] 生物吸附材料由于价格低廉，吸附效率高，是重金属废水处理的重要组成部分。壳 聚糖是最重要的生物吸附材料之一，它对重金属离子配位能力很强，对离子半径较大的放 射性核素具有很好的吸附性能。这种吸附性能源于壳聚糖分子链上的-NH 2和一 OH上的孤对 中心，比较容易与溶液中重金属离子的空轨道通过配位键形成稳定的鳌合物。同时，有研究 表明：-C00H对锶和钴的吸附有重要作用，因此，本发明采用羧甲基壳聚糖为复合物原料之 一，以柠檬酸为骨架，与甘蔗来源的木聚糖、羧甲基壳聚糖聚合，生成木聚糖-柠檬酸-羧甲 基壳聚糖复合材料。
【发明内容】
[0004] 本发明为解决现有技术中放射性废水或重金属废水污染的问题，提供一种金属吸 附生物材料，该吸附生物材料有一定的抗拉伸能力，可以随意弯曲，且不溶于水，易分离，对 金属废水中的放射性核素或重金属离子吸附率高。
[0005] 本发明还提供了一种上述金属吸附生物材料的制备方法，该制备方法工艺简单， 不需无菌环境即可制操作。
[0006] 本发明还提供了一种金属吸附生物材料在放射性废水中的应用。
[0007] 本发明还提供了一种金属吸附生物材料在重金属废水中的应用。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0009] 发明的第一个方面提供了一种金属吸附生物材料，包括以下重量份的物质：柠檬 酸1-10份，木聚糖1-10份，羧甲基壳聚糖1-10份，所述金属吸附生物材料以柠檬酸为骨架与 木聚糖和羧甲基壳聚糖聚合而成。
[0010] 进一步地，所述包括金属吸附生物材料以下重量份的物质：柠檬酸1-5份，木聚糖 1-5份，羧甲基壳聚糖1-5份。
[0011] 进一步地，所述包括金属吸附生物材料以下重量份的物质：柠檬酸1份，木聚糖2 份，羧甲基壳聚糖1份。
[0012] 进一步地，所述包括金属吸附生物材料以下重量份的物质：柠檬酸1份，木聚糖2 份，羧甲基壳聚糖2份。
[0013] 进一步地，所述包括金属吸附生物材料以下重量份的物质：柠檬酸1份，木聚糖2 份，羧甲基壳聚糖5份。
[0014] 进一步地，所述包括金属吸附生物材料以下重量份的物质：柠檬酸1份，木聚糖1 份，羧甲基壳聚糖1份。
[0015] 其中，木聚糖为多聚五碳糖，是半纤维素的一种，广泛存在于植物细胞壁中，是自 然界含量仅次于纤维素的碳水化合物。在长的木糖主链上部分基团被侧链取代，这些侧链 基团有乙酰基、葡萄糖醛酸基等，因此半纤维素也是富含一OH的大分子物质，用其作为生物 吸附材料的优点是吸附效率高，但材质较脆。
[0016] 进一步地，所述木聚糖为甘鹿渣的提取物。
[0017] 进一步地，所述金属吸附生物材料为多孔泡沫状材料。
[0018] 本发明的第二个方面提供了一种金属吸附生物材料的制备方法，包括以下步骤：
[0019] 步骤1:将木聚糖、柠檬酸加入蒸馏水中，搅拌均匀，置于105_120°C鼓风干燥箱中 反应l-5h，冷却至室温，得木聚糖-柠檬酸复合物；
[0020] 步骤2:将步骤1制得的木聚糖-柠檬酸复合物加蒸馏水清洗，弃去上清液，沉淀物 在室温下干燥；
[0021 ]步骤3:将步骤2干燥后的木聚糖-柠檬酸复合物加入蒸馏水中配制成l_5wt %混悬 液，加入l_5wt%羧甲基壳聚糖水溶液，于105-120°C条件下搅拌加热，回流反应l_5h，冷却， 形成木聚糖-柠檬酸-羧甲基壳聚糖澄清水溶液;其中，所述l_5wt%混悬液是指每100g混悬 液中含木聚糖-柠檬酸复合物l_5g，所述l_5wt%羧甲基壳聚糖水溶液是指每100g羧甲基壳 聚糖水溶液中含羧甲基壳聚糖l-5g。
[0022] 步骤4:将冷却后的木聚糖-柠檬酸-羧甲基壳聚糖液体于_80°C冷冻成型，并置于-50 °C的冻干机中真空冷冻干燥48h;
[0023] 步骤5:去除冷冻干燥样品，得淡黄色海绵样的木聚糖-柠檬酸-羧甲基壳聚糖聚合 材料。
[0024]进一步地，步骤1中将木聚糖、柠檬酸加入蒸馏水中，搅拌均匀，置于120 °C鼓风干 燥箱中反应5h，冷却至室温，得木聚糖-柠檬酸复合物。
[0025]进一步地，步骤3中所述混悬液中木聚糖-柠檬酸复合物的含量为l_4wt%。
[0026]进一步地，步骤3中所述混悬液中木聚糖-柠檬酸复合物的含量为l_3wt%。
[0027]进一步地，步骤3中所述混悬液中木聚糖-柠檬酸复合物的含量为l_2wt%。
[0028]进一步地，步骤3中所述木聚糖-柠檬酸复合物加入蒸馏水中配制成lwt%的混悬 液。
[0029]进一步地，步骤3中所述羧甲基壳聚糖水溶液中羧甲基壳聚糖的含量为l_4wt%。
[0030] 进一步地，步骤3中所述羧甲基壳聚糖水溶液中羧甲基壳聚糖的含量为l_3wt%。
[0031] 进一步地，步骤3中所述羧甲基壳聚糖水溶液中羧甲基壳聚糖的含量为l_2wt %。 [0032 ]进一步地，步骤3中向所述混悬液中加入浓度为Iwt %的羧甲基壳聚糖水溶液。
[0033] 进一步地，步骤3中加热温度为110-120°C，反应时间为2-4h。
[0034] 进一步地，步骤3中加热温度为120°C，反应时间为3h。
[0035] 本发明的第三个方面还提供了一种所述的金属吸附生物材料在重金属废水处理 中的应用。
[0036] 本发明的第四个方面还提供了一种所述的金属吸附生物材料在放射性废水中的 应用。
[0037] 本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点:本发明的金属 吸附生物材料为多孔泡沫样材料，易吸水;有一定的抗拉伸能力，可以随意弯曲；不溶于水， 易于废液分离；制备工艺简单，不需要无菌环境；吸附效率高，对钴的最大吸附力达到 52 · 7mg/g，对猛的最大吸附力达42 · 7mg/g，对锁的最大吸附力达到40 · 5mg/g，对Cu的最大吸 附力达到71mg/g，本发明的金属吸附生物材料能够有效去除重金属废水和处理放射性废水 中的金属或重金属粒子，且吸附性高，实现了重金属废水和处理放射性废水的资源化和无 害化处理。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明一种金属吸附生物材料的红外特征光谱图；
[0039] 图2为本发明一种金属吸附生物材料的扫描电镜观察图。
【具体实施方式】
[0040] 本发明提供了一种金属吸附生物材料，以柠檬酸为骨架，与甘蔗来源的木聚糖、羧 甲基壳聚糖聚合，生成木聚糖-柠檬酸-羧甲基壳聚糖复合材料(金属吸附生物材料），并进 一步公开了该木聚糖-柠檬酸-羧甲基壳聚糖复合材料的制备方法和在在放射性废水中的 应用，同时还公开了该金属吸附生物材料在处理重金属废水和放射性废水中的应用。
[0041 ]下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明， 但是下述实施例并不限制本发明范围。
[0042]实施例1生物材料的制备
[0043] 材料:木聚糖(甘蔗渣提取物）、羧甲基壳聚糖、柠檬酸(羧甲基壳聚糖和柠檬酸均 市售可得）
[0044] 具体制备步骤包括：
[0045]步骤1:将木聚糖5g、柠檬酸5g，加入5ml蒸馏水，搅拌均匀，在120°C鼓风干燥箱中 反应5h，产物为木聚糖-柠檬酸复合物；
[0046] 步骤2:将该复合物冷却至室温后，加200ml蒸馏水清洗，弃去上清，沉淀物室温干 燥；