[发明专利]一种交联琥珀酰黄原酸壳聚糖的合成方法及其在重金属离子吸附方面的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种交联琥珀酰黄原酸壳聚糖的合成方法及应用，具体涉及一种对重金属离子有吸附作用的交联琥珀酰黄原酸壳聚糖的合成方法及其在重金属离子吸附方面的应用。

背景技术

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物，是多糖类化合物中惟一的碱性多糖，来源于自然界中含量丰富的甲壳素，其在自然界中的含量仅次于高分子聚合物纤维素。化学名称为β-2-氨基-2-脱氧-(1，4)-D-葡萄糖，其结构中具有大量的氨基和羟基基团，和水溶液中Pb²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺等多种金属离子有较强的结合作用。

作为金属离子吸附剂，其具有无毒无味、含量丰富、生物相容性好，易降解等优点，是一种十分理想的重金属吸附剂。但由于壳聚糖机械强度不高，作为碱性多糖易在酸性介质中溶解、对重金属离子的吸附效果易受水质影响，使得壳聚糖的应用受到很大的限制。同时对水溶液中低浓度的重金属离子存在吸附量小的问题。

发明内容

为克服以上不足，本发明提供了一种交联琥珀酰黄原酸壳聚糖的合成方法，该方法经琥珀酰化反应、黄原酸化反应和交联反应三步制得目标产物，按照本发明的合成方法得到的交联琥珀酰黄原酸壳聚糖，具有不溶于酸性能，其合成方法简单易于操作，产物后处理简单。

本发明还提供交联琥珀酰黄原酸壳聚糖作为重金属离子吸附剂的应用，交联琥珀酰黄原酸壳聚糖能够高效吸附水溶液中的Pb²⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Co²⁺等多种金属离子。

本发明采取的技术方案为：

一种交联琥珀酰黄原酸壳聚糖的合成方法，所述合成方法包括以下步骤：

(a)壳聚糖与琥珀酸酐在有机溶剂中发生琥珀酰化反应，反应结束后，抽滤，滤渣溶于水中，并用氢氧化钠溶液调节体系pH至中性，得到N-琥珀酰化壳聚糖的钠盐；

(b)在碱性溶液中，N-琥珀酰化壳聚糖的钠盐C5位上的羟甲基与二硫化碳发生黄原酸化反应，得到琥珀酰黄原酸化壳聚糖；

(c)琥珀酰黄原酸化壳聚糖与戊二醛发生交联反应，得到交联琥珀酰黄原酸壳聚糖。

所述步骤(a)具体包括以下步骤：

(a-1)将壳聚糖加入到二甲基亚砜溶剂中，继续加入琥珀酸酐和三乙胺，加热搅拌反应；

(a-2)反应结束后，抽滤，滤渣溶于水中，并用5％氢氧化钠碱液调节体系pH至中性；

(a-3)加入无水乙醇使沉淀析出，抽滤，滤渣洗涤、干燥，即可得到N-琥珀酰化壳聚糖的钠盐；

所述步骤(a-1)中，壳聚糖与琥珀酸酐的质量比为1:1-2:1；壳聚糖质量：二甲基亚砜溶剂体积：三乙胺体积＝1g:20-40mL：(1-2)mL。

所述步骤(a-1)中加热的温度为30-60℃、时间为3-8h；所述步骤(a-3)中的干燥温度为105℃。

所述步骤(b)具体包括以下步骤：

(b-1)将步骤(a)得到的，N-琥珀酰化壳聚糖的钠盐，加入到氢氧化钠溶液中，加入二硫化碳，20-30℃搅拌反应1-4小时；

(b-2)在搅拌状态下，向反应体系中滴加50％体积浓度的醋酸水溶液至反应体系的pH为8-9；

(b-3)加入无水乙醇使沉淀析出，抽滤，滤渣经洗涤、干燥，即可制得琥珀酰黄原酸化壳聚糖；

所述步骤(b-1)中，氢氧化钠溶液的质量浓度为5％-15％；N-琥珀酰化壳聚糖的钠盐：二硫化碳：氢氧化钠溶液＝2g：(1-3)mL：(100-200)mL。

所述步骤(b-3)具体包括：加入3倍体积的无水乙醇沉淀产品，磁力搅拌10min后，抽滤，加入200ml70％乙醇磁力搅拌洗涤2次，以除去产物的的无机盐杂质，最后用200ml无水乙醇磁力搅拌洗涤20min，抽滤。

所述步骤(c)具体包括以下步骤：

(c-1)将步骤(b)制得的琥珀酰黄原酸化壳聚糖加入到甲醇中，加入体积分数为50％戊二醛溶液，搅拌反应；

(c-2)反应结束后，抽滤，滤渣经洗涤、干燥，即可制得交联琥珀酰黄原酸壳聚糖。

所述步骤(c-1)中，琥珀酰黄原酸化壳聚糖：体积分数为50％戊二醛溶液：甲醇＝2g：(1-4)mL：100mL；

所述反应的温度为20-30℃、时间为1-4小时。