本發(fā)明屬于水處理藥劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

由于農(nóng)業(yè)面源污染和工業(yè)污染，導(dǎo)致我國(guó)大部分地區(qū)地表水和地下水中含有硝酸鹽和氨氮等污染物，根據(jù)《全國(guó)城市飲用水安全保障規(guī)劃（2006-2020年）》數(shù)據(jù)，全國(guó)近20%的城市集中式地下水水源水質(zhì)劣于III類(lèi)，而硝酸鹽、氨氮污染是主要的問(wèn)題。尤其我國(guó)農(nóng)村大部分地區(qū)的主要飲用水水源是地下水，而地下水中含有硝酸鹽、氨氮污染對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生較大的危害，硝酸鹽通過(guò)破壞細(xì)胞和組織的呼吸，導(dǎo)致血液中乳酸、膽固醇和白血球增加，蛋白質(zhì)大量減少，從而引起多種疾病，而水中氨氮會(huì)在處理過(guò)程中容易產(chǎn)生亞硝酸鹽氮，而亞硝酸鹽氮會(huì)和人體的蛋白質(zhì)產(chǎn)生致癌的亞硝胺，長(zhǎng)期飲用亞硝酸鹽氮的水對(duì)人體危害極大。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）對(duì)硝酸鹽、氨氮提出了較嚴(yán)格的要求，分別規(guī)定了以地表水為水源的硝酸鹽限值是10mg/L、以地下水為水源的硝酸鹽限值是20mg/L、氨氮的限值為0.5mg/L，而我國(guó)凈水廠普遍采用常規(guī)工藝，即 “混凝-沉淀-過(guò)濾-消毒”，該工藝對(duì)于硝酸鹽、氨氮的去除能力較差。目前，硝酸鹽、氨氮污染處理技術(shù)主要包括離子交換法、電滲析法、化學(xué)氧化法、生物法等，但是這些方法成本較高、受環(huán)境因素影響較大、并且易于產(chǎn)生二次污染物，因此不適宜飲用水處理技術(shù)的應(yīng)用。

殼聚糖（CTS）是一種陽(yáng)離子多糖，廣泛存在于甲殼類(lèi)動(dòng)物中，由于其分子結(jié)構(gòu)中含有大量的氨基和羥基等活性基團(tuán)，性質(zhì)較活潑，可修飾、活化和偶聯(lián)，因此可以發(fā)生多種化學(xué)改性，可通過(guò)?；饔?、N-烷基化作用、Schiff堿化作用、季銨鹽化作用生成殼聚糖的多種衍生物，并且能與磁性材料、納米材料、微生物、混凝劑等耦合形成多功能復(fù)合材料，在水處理尤其是飲用水處理領(lǐng)域有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)水中存在硝酸鹽、氨氮等污染問(wèn)題，本發(fā)明提供一種改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑的制備方法及應(yīng)用，目的是解決的現(xiàn)有常規(guī)處理工藝對(duì)水中硝酸鹽、氨氮去除能力較差的問(wèn)題。

本發(fā)明的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑的制備方法按照以下步驟進(jìn)行：

（1）將殼聚糖加入到體積分?jǐn)?shù)為0.8%~1.2%的醋酸溶液中，配制成重量分?jǐn)?shù)1.8%~2.2%的殼聚糖醋酸溶液；

（2）將Y型沸石與納米ZrO₂按照質(zhì)量比 (2-3):1混合，形成Y型沸石/ 納米ZrO₂混合物；

（3）將步驟（2）中的混合物加入到步驟（1）中的殼聚糖醋酸溶液中，體積比例為1:（3-5），混合后置于50-55℃干燥箱內(nèi)加熱5-5.5h，形成改性殼聚糖/沸石/納米鋯混合物；

（4）將步驟（3）中所得到的改性殼聚糖/沸石/納米鋯混合物，加入到體積分?jǐn)?shù)為24.8%~25.2%的戊二醛溶液中，于58℃~62℃攪拌1h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

（5）用去離子水沖洗步驟（4）的反應(yīng)產(chǎn)物至洗液為中性，再在58℃~62℃的干燥箱內(nèi)干燥12h，將干燥產(chǎn)物粉碎，得到改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑。

其中，所述的殼聚糖脫乙酰度≥85%。

本發(fā)明的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑的應(yīng)用按照以下步驟進(jìn)行：

將改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑投入到含硝酸鹽、氨氮污染物的水樣中，改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑投加量為1.0-1.5g/L，攪拌時(shí)間為30-40min，攪拌速度為80-100r/min，對(duì)硝酸鹽的去除率可達(dá)到57.5%~70%，氨氮的去除率達(dá)到77.5-85.6%，反應(yīng)溫度范圍為10-30℃。

其中，所述的水樣中硝酸鹽污染物含量為20-30mg/L，氨氮污染物含量為2-5mg/L。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是：

（1）本發(fā)明制備的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑水處理藥劑，是利用殼聚糖表面的多種活性官能團(tuán)與硝酸鹽、氨氮形成絡(luò)合反應(yīng)，以及Y型沸石孔道中含有的堿金屬陽(yáng)離子及水分子與硝酸鹽、氨氮形成交換反應(yīng)，并且利用殼聚糖/Y型沸石與ZrO₂所形成的納米結(jié)構(gòu)，增加了顆粒表面的孔隙空間和比表面積，有利于顆粒與水中的硝酸鹽、氨氮進(jìn)行充分接觸，提高顆粒表面的物理吸附作用，從而彌補(bǔ)了目前水廠使用的常規(guī)水處理藥劑對(duì)超標(biāo)硝酸鹽、氨氮原水處理效果差的缺陷；

（2）本發(fā)明制備過(guò)程簡(jiǎn)單，投加方便，可回收利用，受環(huán)境因素影響小，無(wú)需新增水處理構(gòu)筑物，節(jié)約成本。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1中制備的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑的掃描電鏡圖片；

圖2是實(shí)施例1-3中不同硝酸鹽濃度改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑處理后出水硝酸鹽濃度與去除率的對(duì)比圖；

圖3是實(shí)施例1-3中不同氨氮濃度改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑處理后出水氨氮濃度與去除率的對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下述具體實(shí)施方式是對(duì)本發(fā)明內(nèi)容的進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容并不僅限于下述具體實(shí)施方式所述，任何具體實(shí)施方式間的任意組合及對(duì)制備過(guò)程的簡(jiǎn)單變化均屬于本發(fā)明所要求的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

本實(shí)施例的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑的制備按照以下步驟進(jìn)行：

（1）將脫乙酰度為85%的殼聚糖加入到體積分?jǐn)?shù)為0.8%的醋酸溶液中，配制成重量分?jǐn)?shù)1.8%的殼聚糖醋酸溶液；

（2）將Y型沸石與納米ZrO₂按照質(zhì)量比 2:1混合，形成Y型沸石/ 納米ZrO₂混合物；

（3）將步驟（2）中的混合物加入到步驟（1）中的殼聚糖醋酸溶液中，體積比例為1:3，混合后置于50℃干燥箱內(nèi)加熱5h，形成改性殼聚糖/沸石/納米鋯混合物；

（4）將步驟（3）中所得到的改性殼聚糖/沸石/納米鋯混合物，加入到體積分?jǐn)?shù)為25.2%的戊二醛溶液中，于58℃攪拌1h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

（5）用去離子水沖洗步驟（4）的反應(yīng)產(chǎn)物至洗液為中性，再在58℃的干燥箱內(nèi)干燥12h，將干燥產(chǎn)物粉碎，得到粉末狀改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑。

通過(guò)掃描電鏡觀察粉末狀改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑表面結(jié)構(gòu)，如圖1所示，從圖1中可以看出吸附劑顆?？紫督Y(jié)構(gòu)較多，孔徑比表面積大，能夠增加水中硝酸鹽、氨氮等污染物與顆粒間的接觸面積，提高了顆粒表面的物理吸附作用。

本實(shí)施例的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑去除硝酸鹽、氨氮污染物的應(yīng)用按照以下步驟進(jìn)行：

將改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑投入到含硝酸鹽、氨氮污染物的水樣中，改性殼聚糖/沸石/納米鋅吸附劑投加量為1.0g/L，攪拌時(shí)間為30min，攪拌速度為80r/min，硝酸鹽的去除率可達(dá)到57.5%，如圖2所示，氨氮的去除率達(dá)到77.5%，如圖3所示，反應(yīng)溫度為10℃。其中，所述的水樣中硝酸鹽污染物含量為20mg/L，氨氮污染物含量為2.0mg/L。

實(shí)施例2

本實(shí)施例的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑的制備按照以下步驟進(jìn)行：

（1）將脫乙酰度為90%的殼聚糖加入到體積分?jǐn)?shù)為0.8%的醋酸溶液中，配制成重量分?jǐn)?shù)2%的殼聚糖醋酸溶液；

（2）將Y型沸石與納米ZrO₂按照質(zhì)量比 2:1混合，形成Y型沸石/ 納米ZrO₂混合物；

（3）將步驟（2）中的混合物加入到步驟（1）中的殼聚糖醋酸溶液中，體積比例為1:4，混合后置于55℃干燥箱內(nèi)加熱5.5h，形成改性殼聚糖/沸石/納米鋯混合物；

（4）將步驟（3）中所得到的改性殼聚糖/沸石/納米鋯混合物，加入到體積分?jǐn)?shù)為24.8%的戊二醛溶液中，于60℃攪拌1h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

（5）用去離子水沖洗步驟（4）的反應(yīng)產(chǎn)物至洗液為中性，再在60℃的干燥箱內(nèi)干燥12h，將干燥產(chǎn)物粉碎，得到改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑。

本實(shí)施例改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑去除硝酸鹽、氨氮污染物的應(yīng)用按照以下步驟進(jìn)行：

將改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑投入到含硝酸鹽、氨氮污染物的水樣中，改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑投加量為1.2g/L，攪拌時(shí)間為30min，攪拌速度為100r/min，硝酸鹽的去除率可達(dá)到67.2%，如圖2所示，氨氮的去除率達(dá)到82.6%，如圖3所示，反應(yīng)溫度為15℃。其中，所述的水樣中硝酸鹽污染物含量為25mg/L，氨氮污染物含量為3mg/L。

實(shí)施例3

本實(shí)施例的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑的制備按照以下步驟進(jìn)行：

（1）將脫乙酰度為90%的殼聚糖加入到體積分?jǐn)?shù)為0.8%的醋酸溶液中，配制成重量分?jǐn)?shù)2.2%的殼聚糖醋酸溶液；

（2）將Y型沸石與納米ZrO₂按照質(zhì)量比 3:1混合，形成Y型沸石/ 納米ZrO₂混合物；

（3）將步驟（2）中的混合物加入到步驟（1）中的殼聚糖醋酸溶液中，體積比例為1:5，混合后置于50℃干燥箱內(nèi)加熱5h，形成改性殼聚糖/沸石/納米鋯混合物；

（4）將步驟（3）中所得到的改性殼聚糖/沸石/納米鋯混合物，加入到體積分?jǐn)?shù)為25%的戊二醛溶液中，于62℃攪拌1h，得到反應(yīng)產(chǎn)物；

（5）用去離子水沖洗步驟（4）的反應(yīng)產(chǎn)物至洗液為中性，再在62℃的干燥箱內(nèi)干燥12h，將干燥產(chǎn)物粉碎，得到改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑。

本實(shí)施例的改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑去除硝酸鹽、氨氮污染物的應(yīng)用按照以下步驟進(jìn)行：

將改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑投入到含硝酸鹽、氨氮污染物的水樣中，改性殼聚糖/沸石/納米鋯吸附劑投加量為1.5g/L，攪拌時(shí)間為40min，攪拌速度為100r/min，硝酸鹽的去除率可達(dá)到70%，如圖2所示，氨氮的去除率達(dá)到85.6%，如圖3所示，反應(yīng)溫度為30℃。其中，所述的水樣中硝酸鹽污染物含量為30mg/L，氨氮污染物含量為5mg/L。