[发明专利]含有重金属螯合基的温敏聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种温敏聚合物及其制备方法和应用，特别是一种含有重金属螯合基的温敏聚合物及其制备方法和在重金属污染生物质生物转化中的应用。

背景技术

传统化工炼制利用不可再生的化石资源，创造了大量的物质财富，极大地促进了社会发展与进步；但是，也产生了环境污染、全球变暖、化石资源日益枯竭等负面影响。世界能源组织预测2030年的世界能源需求将是2005年的1.5倍以上；2030年亚洲能源需求将是2005年的2.1倍以上；2030年二氧化碳排放量将是2002年的1.5倍以上。国际能源网公布2010年世界二氧化碳排放量为331.6亿吨；其中，我国二氧化碳排放量为83.3亿吨，占世界份额的25.1%，居世界第一位。目前，在美国和巴西已经成功地利用玉米和甘蔗大规模生产乙醇。它的特点是生产方法简单，生产效率高。但由于把这些农作物利用于生产生物燃料而使得谷物价格高涨，给还处于生活贫困尚未达到温饱的发展中国家造成很大的负面影响。地球上最广泛存在的生物质为木质纤维素。如果能把丰富的农林废渣等生物质资源应用于生物燃料、生物材料的生产中，不仅不会造成粮食的紧缺，还可以达到振兴农业经济，消减贫困的目的。我国年产农作物秸秆约6.6亿吨以上。以现有技术计算（纤维素含量30%，糖化率60%，回收率90%）,我国有年产1亿吨以上单糖（主要指葡萄糖）的潜力。

目前，我国土壤重金属污染严重，如何有效利用被重金属污染的生物质是我们研究的重点之重。植物的根茎部分有很强的重金属富集能力。把重金属高富集生物质通过物理、化学方法进行预处理，然后通过微生物发酵生成生物燃料可以把重金属从食物链中脱离出来，既可以有效地修复被污染土壤，又可以减少人类对石油基资源的依赖，是一种非常有潜力的处理方法。同时，转化被污染的生物质为有用物质也可以降低土壤修复的成本，被回收的重金属可再利用，变废为宝。利用乙醇汽油亦可以减少雾霾程度，提高空气质量。但是，生物质的预处理、糖化后，释放出来的重金属会对发酵产生抑制作用，降低发酵效率。同时，由于发酵后发酵液中含有重金属，如何防止重金属排放造成的二次污染也必须考虑。目前，对含重金属废水传统的处理方法有化学沉淀法、离子交换法、结晶、液---—液萃取法和吸附法等，但均具有处理成本高、易造成二次污染等缺点。EDTA、HEDTA等螯合剂可以降低重金属的抑制作用，但是螯合剂的使用会提高试剂成本，同时，带来螯合剂回收的问题。

温度响应聚合物是智能聚合物中最为重要的类型之一。这类聚合物通常具有一个最低临界溶液温度(LCST)。在该温度以下，聚合物在水中处于良好的溶解状态，当温度升至LCST及以上时，聚合物链和水之间的氢键作用被破坏，聚合物链开始脱水，随之产生链段塌陷而聚集，相应的水溶液也从均相转变为非均相，且该过程一般具有可逆性。温度敏感树形聚合物结合了温敏聚合物对温度具有响应行为的特点以及树形聚合物非线形构造的方式、大尺度、结构易于调节和功能化等特征，在智能材料和生物医药等领域有着重要的研究价值和应用前景。但是，到目前为止，还没有关于温敏聚合物在生物炼制中的应用方面的研究，特别是关于重金属富集生物质的生物转化方面的研究。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种含有重金属螯合基的温敏聚合物，提高以重金属富集生物质为原料的发酵工艺效率及简化后续的重金属回收工艺。

本发明的目的之二在于提供该温敏聚合物的制备方法。

本发明的目的之三在于提供该含有重金属螯合基的温敏聚合物在重金属污染生物质生物转化中的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的反应机理为：

根据上述反应机理，本发明采用如下技术方案：

一种含有重金属螯合基的温敏聚合物，其特征在于该含有重金属螯合基的温敏聚合物的结构式为：

其中100≤m≤1000，20≤n≤200，m/n=5：1。

一种制备上述的含有重金属螯合基的温敏聚合物的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.在冰盐浴条件下，将化合物2-(2-氨乙基氨基)乙醇溶于四氢呋喃中，再滴加溴乙酸叔丁酯的四氢呋喃溶液，混合物搅拌30min后，升至室温，反应进行46h；结束后，用饱和食盐水洗涤，二氯甲烷萃取，有机层用无水Na₂SO₄干燥，经提纯、蒸干溶剂后，得到叔丁基保护的羟乙基乙二胺三乙酸；所述的2-(2-氨乙基氨基)乙醇和溴乙酸叔丁酯的摩尔比为1:3.3；