1.本发明涉及环保材料技术领域，具体涉及一种壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布及其制备方法。
背景技术：2.环境污染的原因及治理方法越来越受到社会的关注，尤其是水污染。重金属废水来源于许多的方面，例如农业活动、工业(采矿、电池、核能、纺织染料、制革等)、生活污水等。重金属污染严重影响人类健康和环境生态，包括破坏水生生态系统、导致土壤退化、导致农作物产量降低，以及重金属通过食物链的富集会严重危害人体健康等。
3.现有技术中有多种方法被用于去除水体中的重金属，如溶剂萃取、混凝、离子交换、化学沉淀、膜过滤或电化学技术等。通常以成本、效率、可靠性、可行性、环境影响、实用性和操作难度为指标来选择不同的处理方法。然而，上述方法存在一些缺点，包括效率低、去除不充分、操作条件敏感、能源要求高和处理程序昂贵等。吸附技术因其在操作、设计过程中的灵活性而成为最前沿的技术，并且对废水中重金属的毒性、生物有效性和迁移有重大影响。
4.壳聚糖是一种天然碱性氨基多糖，是甲壳素的脱乙酰产物，也是甲壳素最重要的衍生物。由于壳聚糖含有的大量羟基和氨基等基团能够与重金属离子结合形成金属螯合物，因此壳聚糖常作为一种吸附剂用于去除水中的重金属。
5.生物炭具有微孔结构、大比表面积和化学复杂性，被广泛用作工业重金属吸附剂。生物炭外表面具有多种官能团，例如酚羟基、羰基、内酯基团、羧基、醌基等，同时其具有多孔特性和较高的比表面积，以及原料来源广等特征，在水体中重金属吸附领域应用前景广泛。但是粉末状的生物炭难以与水体分离，容易造成二次污染，这一问题限制了其大规模使用。
6.公开号为cn110496605a的中国专利文献公开了一种壳聚糖-生物炭复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将壳聚糖溶于醋酸溶液，于加热条件下搅拌使壳聚糖发生自催化水解反应，得到反应后溶液；(2)将反应后溶液加入生物炭，搅拌、调节ph值，静置后过滤，冲洗至ph值为中性；(3)烘干、粉碎，得到壳聚糖-生物炭复合材料。该壳聚糖-生物炭复合材料对焦化废水的生化出水中溶解性有机物具有明显的去除效果。但该方法步骤较为繁琐，需要对壳聚糖进行自催化水解反应。
技术实现要素：7.本发明提供了一种壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，工艺简单、条件温和，解决了生物炭难以分离回收的问题，制备得到的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布施用方便，对重金属离子吸附作用优异。
8.具体采用的技术方案如下：
9.一种壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，包括以下步骤：
10.(1)将壳聚糖、明胶和生物炭溶解在乙酸溶液中，搅拌均匀得到胶状溶液；在胶状溶液中加入接枝剂得到浸轧液；
11.(2)利用步骤(1)的浸轧液对无纺布进行浸轧处理得到复合材料；将复合材料洗涤，烘干后制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
12.本发明将壳聚糖、明胶与无机生物炭相复合，无机生物炭为微纳米材料，直接应用于吸附水体中的重金属会导致分离回收困难的问题；将无机生物炭包埋在聚合物基质内部，壳聚糖和明胶之间形成凝胶网络能够为生物炭提供稳定的骨架支撑，同时生物炭的引入也提高了壳聚糖/明胶聚合物基质的比表面积；且无纺布浸轧处理进一步提高了本发明方法制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的实用性和便利性，该壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布对重金属离子的吸附性能好。
13.优选的，步骤(1)中，壳聚糖、明胶和生物炭的质量比为1：0.5-2：0.5-1。在上述优选范围内，壳聚糖和明胶可以形成稳定的聚合物基质，浸渍在无纺布中，生物炭可以很好地分布在壳聚糖/明胶聚合物基质中，不至于流失或造成壳聚糖/明胶结构的破坏，导致无法浸轧在无纺布上。
14.步骤(1)中，溶解温度为30-60℃，搅拌时间为2-4h。
15.优选的，所述的接枝剂为环氧氯丙烷或戊二醛，壳聚糖与接枝剂的质量比为1：0.1-0.2。接枝剂的加入可以使得壳聚糖/明胶/生物炭复合材料与无纺布的结合力更好，促进交联网络的形成。
16.优选的，步骤(2)的浸轧处理过程中，浸轧温度为40℃-60℃，浸轧车速为30-70m/min，浸轧次数≥1次。
17.步骤(2)中，烘干温度为80-100℃，烘干时间为1-5min。
18.本发明还提供了所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
19.本发明还提供了所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布在重金属废水处理领域中的应用，所述的应用方式为：将所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布放置在含有重金属的水体中静态吸附重金属离子，优选的，重金属离子包括hg
2+
、cu
2+
、pb
2+
、cr
3+
或cd
2+
中至少一种。
20.优选的，所述的含有重金属的水体温度为20-60℃，ph值为7-10；壳聚糖在酸性条件下易分解，因此本发明中复合无纺布材料应用范围为偏碱性水体，重金属离子的浓度为5-200mg/l。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22.(1)本发明制备方法简单、过程易于控制、条件温和、原料易得，解决了生物炭难以分离回收的问题；
23.(2)本发明壳聚糖和明胶之间形成凝胶网络能够为生物炭提供稳定的骨架支撑，减少活性炭的流失，同时生物炭的引入也提高了壳聚糖/明胶聚合物基质的比表面积，提高其吸附效率；
24.(3)本发明方法制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布施用方便，通过简单重力作用即可实现固液分离，并且将壳聚糖、明胶以及生物炭相复合具有强化吸附
的效果，该壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布对cr
3+
的吸附效果可以达到90％以上。
附图说明
25.图1为实施例1-9中壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备过程及其结构示意图。
26.图2为实施例1中壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的sem图片。
27.图3为实施例1中壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布对cr
3+
的吸附曲线。
具体实施方式
28.下面结合附图与实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。
29.实施例1-9中壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备过程及其结构示意图如图1所示。
30.实施例1
31.(1)将1g壳聚糖、0.5g明胶、0.5g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌2h得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.2g戊二醛接枝剂得到浸轧液；
32.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
33.本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的sem图如图2所示，无纺布纤维上覆盖一层壳聚糖/明胶复合层状物，生物碳包含在层状物中，形成一个整体；将该壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附曲线如图3所示，吸附结束后检测滤液中cr
3+
含量为1mg/l。
34.实施例2
35.(1)将1g壳聚糖、1g明胶、1g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌4h得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.2g戊二醛接枝剂得到浸轧液；
36.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
37.将本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附结束后检测滤液中的cr
3+
含量小于1mg/l。
38.实施例3
39.(1)将1g壳聚糖、2g明胶、0.5g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌4h得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.2g戊二醛接枝剂得到浸轧液；
40.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
41.将本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附结束后检测滤液中的cr
3+
含量小于1mg/l。
42.实施例4
43.(1)将2g壳聚糖、2g明胶、1g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌4h得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.2g戊二醛接枝剂得到浸轧液；
44.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
45.将本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附结束后检测滤液中的cr
3+
含量小于1mg/l。
46.实施例5
47.(1)将2g壳聚糖、2g明胶、1.5g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌4h得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.2g戊二醛接枝剂得到浸轧液；
48.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
49.将本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附结束后检测滤液中的cr
3+
含量小于1mg/l。
50.实施例6
51.(1)将2g壳聚糖、2g明胶、2g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌4h得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.2g戊二醛接枝剂得到浸轧液；
52.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
53.将本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附结束后检测滤液中的cr
3+
含量小于1mg/l。
54.实施例7
55.(1)将2g壳聚糖、2g明胶、2g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌4h
得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.4g戊二醛接枝剂得到浸轧液；
56.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
57.将本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附结束后检测滤液中的cr
3+
含量小于1mg/l。
58.实施例8
59.(1)将2g壳聚糖、2g明胶、2g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌4h得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.2g环氧氯丙烷接枝剂得到浸轧液；
60.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
61.将本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附结束后检测滤液中的cr
3+
含量小于1mg/l。
62.实施例9
63.(1)将2g壳聚糖、2g明胶、2g生物炭在45℃下溶于100ml，2％的乙酸溶液中，搅拌4h得到胶状溶液；在胶状溶液中加入0.4g环氧氯丙烷接枝剂得到浸轧液；
64.(2)将步骤(1)的浸轧液通过浸轧设备，整理在粘胶无纺布中，也即对胶粘无纺布进行浸轧处理得到复合材料；浸轧工艺的参数为：温度45℃，车速30m/min，浸轧三次(多次浸轧可以提高负载量)；将复合材料在去离子水中冲洗至中性，80℃烘干5min，制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。
65.将本实施例制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布以静态吸附的方式放置在含cr
3+
的水体中，其中，cr
3+
的浓度为100mg/l，水体温度为25℃，ph值为7，吸附结束后检测滤液中的cr
3+
含量小于1mg/l。
66.对比例
67.以生物炭、壳聚糖为对比例材料对含有重金属的水体进行处理；分别称取实施例1中制备的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布、生物炭、壳聚糖各0.5g，置于装有10ml含有重金属离子cr
3+
，浓度为100mg/l溶液中静置1小时，计算吸附后溶液中cr
3+
含量，结果如表1所示。
68.表1不同材料吸附后溶液中的cr
3+
浓度统计结果
69.吸附方式壳聚糖生物炭复合纤维布吸附后cr
3+
浓度12.6mg/l5.8mg/l0.9mg/l
70.以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将壳聚糖、明胶和生物炭溶解在乙酸溶液中，搅拌均匀得到胶状溶液；在胶状溶液中加入接枝剂得到浸轧液；(2)利用步骤(1)的浸轧液对无纺布进行浸轧处理得到复合材料；将复合材料洗涤，烘干后制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。2.根据权利要求1所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，壳聚糖、明胶和生物炭的质量比为1：0.5-2：0.5-1。3.根据权利要求1所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，溶解温度为30-60℃，搅拌时间为2-4h。4.根据权利要求1所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，其特征在于，所述的接枝剂为环氧氯丙烷或戊二醛，壳聚糖与接枝剂的质量比为1：0.1-0.2。5.根据权利要求1所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(2)的浸轧处理过程中，浸轧温度为40℃-60℃，浸轧车速为30-70m/min，浸轧次数≥1次。6.根据权利要求1所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烘干温度为80-100℃，烘干时间为1-5min。7.根据权利要求1-6任一所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法制得的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。8.根据权利要求7所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布在重金属废水处理领域中的应用。
技术总结本发明公开了一种壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布的制备方法，包括以下步骤：(1)将壳聚糖、明胶和生物炭溶解在乙酸溶液中，搅拌均匀得到胶状溶液；在胶状溶液中加入接枝剂得到浸轧液；(2)利用步骤(1)的浸轧液对无纺布进行浸轧处理得到复合材料；将复合材料洗涤，烘干后制备得到所述的壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布。本发明将无机生物炭包埋在聚合物基质内部，壳聚糖和明胶之间形成凝胶网络能够为生物炭提供稳定的骨架支撑，同时生物炭的引入也提高了壳聚糖/明胶聚合物基质的比表面积；壳聚糖/明胶/生物炭复合重金属吸附无纺布对重金属的吸附效果优异。吸附无纺布对重金属的吸附效果优异。吸附无纺布对重金属的吸附效果优异。
技术研发人员：韩建 史晨
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2022.06.21
技术公布日：2022/11/1
