[发明专利]一种吸附重金属离子的改性壳聚糖材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种吸附重金属离子的材料及其制备方法，具体涉及一种在海水介质中对重金属离子吸附性能好、稳定性好的改性壳聚糖材料及其制备方法。

背景技术：

壳聚糖又名壳多糖、氨基多糖、甲壳糖等，是一种天然高分子直链多糖，是甲壳素在碱性条件下水解并脱去部分乙酰基后生成的衍生物。自然界中，甲壳素是自然界储量仅次于纤维素的第二大有机资源，因而壳聚糖来源丰富。壳聚糖可以借助氢键和离子键形成类似网状结构的笼形分子，对重金属离子有较强的吸附能力，近年来作为重金属吸附材料备受关注。壳聚糖作为海产品加工业的废弃物，用作吸附剂虽然来源丰富，吸附能力强，但受pH值影响大，且选择性比较差。目前壳聚糖吸附重金属的改性研究多是在淡水介质，尚未见在高盐分水体(如海水)中壳聚糖吸附重金属的改性研究(包括改性吸附材料的制备和性能)。

海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取的一种聚阴离子多糖(海藻酸)的钠盐，是海藻酸衍生物中的一种，有时也称褐藻酸钠或海带胶和海藻胶。但海藻酸钠的一些理化性质受pH值影响很大。pH值低于6时析出海藻酸，不溶于水；pH值高于11时又要凝聚。粘度在pH值为7时最大，但随温度的升高而显著下降。

海水养殖业的飞速发展为人类生活带来了较大的收益，但海水自身的重金属污染使得海水养殖的海产品中重金属超标，海水养殖业受到了较大的影响。研究表明壳聚糖及其衍生物其分子中的氨基和氨基相邻的羟基与许多重金属能形成稳定的螯合键，对许多物质有螯合吸附作用，因而作为环境友好型吸附材料在环境治理领域具有很好的经济效益和环境效益。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能在海水环境中吸附重金属离子，且吸附能力较强、吸附稳定性较好、便于应用、环境友好型吸附材料-改性壳聚糖材料及其制备方法。

本发明的吸附重金属离子的改性壳聚糖材料，是通过以下方法制备的，该方法包括以下步骤：

将壳聚糖和海藻酸钠分别溶于水中，配制成质量分数为1.5％的壳聚糖溶液和2％的海藻酸钠溶液，室温条件下，按照壳聚糖和海藻酸钠的质量比为8～10∶1，将壳聚糖溶液和海藻酸钠溶液混合均匀，再加入质量分数为1.5％的氯化钙溶液，其加入量为按海藻酸钠与氯化钙溶液的固液比为1∶37，边滴加边搅拌，滴加完成并充分搅拌，调节溶液pH值为7.2±0.2，待出现固体絮状物后，静置至固体凝胶出现后过滤，凝胶35℃烘干，得到改性壳聚糖材料。

所述的壳聚糖和海藻酸钠的质量比优选为10∶1。

本发明利用壳聚糖和海藻酸钠按一定比例进行交联制备得到改性壳聚糖材料，该改性壳聚糖材料在模拟海水(NaCl的质量分数为23％左右，pH值为7.5左右)对重金属离子如：Cd、Cu、Pb和Zn的吸附性能好，稳定性强，同时改性后的壳聚糖材料在质量分数为23％的NaCl溶液中能以较为稳定的多孔絮状和胶状固体存在，因而吸附重金属离子后的改性壳聚糖材料易于从水体中回收和处理。因而本发明的改性壳聚糖材料在滩涂养殖海水和网箱养殖海水中重金属污染治理领域具有广阔的应用前景。并且本发明的改性壳聚糖材料制备反应条件温和、制备简单，制备过程中仅需市售的壳聚糖、海藻酸钠和氯化钙，无需使用有机试剂，同时壳聚糖和海藻酸钠都是绿色环保高分子，来源丰富，价格经济，无毒、无害，具有良好的生物兼容性，且可生物降解。

附图说明：

图1是原壳聚糖A和改性壳聚糖C的电镜分析形貌图；

图2是原壳聚糖A分别对重金属离子Cd、Cu、Pb和Zn的吸附示意图；

图3是改性壳聚糖B分别对重金属离子Cd、Cu、Pb和Zn的吸附示意图；

图4是改性壳聚糖C分别对重金属离子Cd、Cu、Pb和Zn的吸附示意图；

图5是原壳聚糖A分别吸附的重金属离子Cd、Cu、Pb和Zn的解吸率示意图；

图6是改性壳聚糖B分别吸附的重金属离子Cd、Cu、Pb和Zn的解吸率示意图；

图7是改性壳聚糖C分别吸附的重金属离子Cd、Cu、Pb和Zn的解吸率示意图。

具体实施方式：

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

以下实施例和对比例中涉及的壳聚糖购自国药集团化学试剂有限公司，其货号为69047438；海藻酸钠购自阿拉丁，其货号为1127954。

对比例：

取30g壳聚糖溶解到2L水中，过滤，滤渣35℃烘干，得到原壳聚糖A。

实施例1：