[发明专利]一种以虾蟹壳为原料制备羟基磷灰石和壳聚糖的方法

说明书

技术领域

本发明属于化工技术领域，特别涉及一种以虾蟹壳作为原料制备羟基磷灰石和壳聚糖的方法。

背景技术

羟基磷灰石是一种微溶于水的弱碱性(pH＝7～9)磷酸钙盐。羟基磷灰石粉体的用途很广，可通过加热到800～1200℃制得羟基磷灰石陶瓷，或以羟基磷灰石为主的复相陶瓷，用于人体的硬组织修复；也可以和高分子材料复合，如聚乳酸、胶原、聚酞胺等，从而改善材料的生物相容性；还可以作为人工关节、牙种植体等金属植入物表面喷涂羟基磷灰石涂层的原料。羟基磷灰石作为一种重要的生物活性材料越来越受到人们的重视。

壳聚糖是由甲壳素脱一定量的乙酰度后所成的可溶性甲壳素的总称，壳聚糖是自然界一种生物可降解的带正电荷的碱性多糖，这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能，应用于医药、食品、化工、化妆品、水处理、金属提取及回收、生化和生物医学工程等诸多领域。甲壳素广泛存在于虾、蟹、昆虫等甲壳动物的外壳。甲壳素一般与蛋白质或碳酸钙或两者同时紧密结合在一起，成为络合物，通过酸碱处理可除去钙盐及蛋白质等杂质，虾、蟹壳还有色素，可以通过氧化还原除去。甲壳素是聚-2-乙酰胺基-2-脱氧-D-吡喃葡糖，是一种线形中性高分子多糖，经浓碱处理去掉乙酰基得到脱乙酰甲壳素，即壳聚糖。

虾蟹壳都是海洋渔产的副产品，其主要无机成分为碳酸钙与甲壳素，且有着独特的生物进化微结构。但是目前虾蟹壳的利用有限，多数当作垃圾来进行处理，久而久之对环境具有潜在的危害，且产生资源的严重浪费；部分对蟹壳进行回收利用的方法也仅利用蟹壳中的碳酸钙转化羟基磷灰石，或仅以甲壳素为有效成分转化壳聚糖，无法充分利用蟹壳中的有效成分。如果能够通过简单有效的转化方式同时对蟹壳中的碳酸钙与甲壳素加以利用，并能有效回收利用虾蟹壳中残留的蛋白质和油脂，既可减少对环境的污染，又可实现资源的有效利用，实现绿色环保。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以虾蟹壳为原料制备羟基磷灰石和壳聚糖的方法，解决了目前不能够对虾蟹壳进行充分利用的难题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明采用以下技术方案：

一种以虾蟹壳为原料制备羟基磷灰石和壳聚糖的方法，包括以下步骤：

(1)简易预处理：将虾蟹壳直接烘干，粉碎，得虾蟹壳原料粉；

(2)加热反应：称取步骤(1)所得虾蟹壳原料粉，加入一定量的磷酸氢二铵和磷酸二氢铵，加去离子水搅拌均匀，以稀碱调节pH值至10.0～13.0，加热至在80-150℃反应2～12小时，将所得反应产物清洗、干燥，即得羟基磷灰石-壳聚糖复合粉体；

(3)产物分离：将步骤(2)得到的羟基磷灰石-壳聚糖复合粉体，加入去离子水，以稀酸调节pH值至3.5～6.5，搅拌30min～24h，固液分离，所得到的固体用去离子水洗涤至中性、干燥得到纯羟基磷灰石粉体，将所得到的固液分离后的液体加入稀碱调节pH值至8.0～11.0，将析出的固体进行收集、干燥，即得到壳聚糖粉体。

较佳的，步骤(2)中，所述虾蟹壳粉、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵的质量比为20:1.6-3.6:1.4-3.1，更佳为20:2.4-3.2:2.1-2.8。

较佳的，步骤(2)中，所述稀碱为质量百分数为5～20wt％的NaOH水溶液或质量百分数为5～20wt％的氨水溶液。

较佳的，步骤(2)中，为微波加热反应，所述加热在微波反应釜中进行，更佳的，微波反应釜的微波反应功率为200～800W。

较佳的，步骤(3)中，所述稀酸为体积百分比为5～15％的盐酸水溶液或体积百分比为5～15％的醋酸水溶液。

较佳的，步骤(3)中，所述稀碱为质量百分数为5～20wt％的NaOH水溶液或质量百分数为5～20wt％的氨水溶液。

本发明的有益效果为：

(1)本发明采用储量丰富的海洋生物质废弃物虾蟹壳为材料，同时生产羟基磷灰石和壳聚糖，且羟基磷灰石和壳聚糖总的得率可高达92.37％，充分实现了对原材料的有效综合利用。

(2)本发明为简化虾蟹壳前处理工艺并且能同时充分利用虾蟹壳中的有效物质——碳酸钙及甲壳素，只需要对原材料进行简易预处理即可，采用一步碱化微波的方法进行反应，微波反应时加入的碱能将虾蟹壳中残留的蛋白质和油脂溶解，而无需进行诸如碱煮脱蛋白、酸浸脱钙的复杂预处理，有效缩短反应时间(由10天缩减到2～12h)，并能有效降低反应能垒。从而可降低生产成本，高效环保。