[发明专利]一种氨基酸改性的壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料有机合成领域，更具体地说，涉及一种氨基酸改性的壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用。

背景技术

水是生命之源，人类的生存、生活和生产都离不开水。随着科技进步与工业生产的发展，抗生素在各类家禽饲养、水产养殖、医疗和食品加工等方面得到广泛应用，随之而来的抗生素造成的水污染问题也日趋严重。

为了解决水污染问题，一系列水处理净化技术和工序发展迅速。其中，絮凝常作为水处理中的第一步，也是最为关键的一步工序。在此工序中，絮凝剂的选择直接决定了絮凝效果的优劣。就目前而言，无机絮凝剂(如铝盐、铁盐等)和合成高分子絮凝剂(以聚丙烯酰胺为主)，因具有效果好、价格相对低廉等优势，是现行水处理最常见的两类絮凝剂。然而，这两类絮凝剂都存在二次污染的可能。因此，现在普遍认为，水处理工艺中应慎重使用无机和高分子合成絮凝剂来净化水体。

近年来，由于具有可再生、可降解、无毒性等优点，生物质絮凝剂受到科研界和产业界越来越多的关注。生物质材料来自动、植物以及微生物资源，如：壳聚糖、纤维素、淀粉、海藻酸钠等，它们取自自然，本身具有很强的生物相容性，且在被废弃后，也很容易分解成水、二氧化碳等，更被誉为“21世纪绿色絮凝剂”。自20世纪70年代以来，发达国家在废水处理中都开始使用天然高分子絮凝剂。我国幅员辽阔，生物质资源极为丰富，但相对而言，这方面的研究还较少，实际应用则更少见。现今，我国政府对饮用水质量高度重视，这无疑为天然高分子絮凝剂的进一步发展提供了良好契机。

其中，壳聚糖是性能优越的生物质材料之一。其前体甲壳素，广泛存在于虾蟹等甲壳动物及昆虫、藻类中，是世界第二大产量天然高分子化合物。甲壳素脱乙酰后的产物为壳聚糖，因其分子链中含有大量反应性伯胺基团-NH₂和伯羟基-OH，在溶液中会表现出聚电解质的特性，显示出良好的絮凝性能。但是，由于壳聚糖存在着分子量有限、架桥能力差、电荷密度低、电中和作用不明显、对pH敏感等缺点，常无法实现污染物有效脱除，制约了其在工业上的实际应用。针对这些缺点，通常采用化学改性的方法改善壳聚糖的性能。如中国专利申请号为201510555900.7，申请日为2015年09月02日的专利公开了一种无机-改性壳聚糖絮凝剂的制备方法：壳聚糖与聚丙烯酰胺以及氯化铁和氯化铝进行接枝共聚反应，得到一种无机-改性壳聚糖絮凝剂。该发明改善了壳聚糖的絮凝能力，但是该共聚絮凝剂使用的原料为聚丙烯酰胺，尽管高聚物本身没有毒性，但其所包含在高聚物内部没有参加反应的单体，如丙烯酰胺等却具有很大的毒性；且无机组分进入人体可诱发老年痴呆、铝性骨病、贫血症等。再如中国专利申请号为201510765417.1，申请日为2015年11月11日的专利公开了一种生物海绵铁改性壳聚糖絮凝剂的制备方法，可有效改善壳聚糖的絮凝能力，但是，其改性试剂中含有铁盐组分，仍可能造成使用后水体中残留铁离子，危害水生生物及人体健康。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有絮凝剂(无机絮凝剂、合成有机高分子)用药剂量大、处理成本高、有二次污染等缺点，本发明提供一种氨基酸改性的全降解壳聚糖絮凝剂及其制备方法和应用，其由氨基酸和壳聚糖通过化学反应得到，本发明的絮凝剂不仅提高了分子量、增强了架桥絮凝作用，还可满足残留絮凝剂无二次污染的要求，且引入的氨基酸官能基团含有芳环结构，对水体中的抗生素具有良好的絮凝能力。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种氨基酸改性的壳聚糖絮凝剂，由壳聚糖与氨基酸反应得到，其结构式为：

其中，R为

优选地，R基团的取代度为4％～30％。

优选地，所述氨基酸改性的壳聚糖絮凝剂的红外光谱图中，在1500-1520cm^-1区间处具有特征吸收峰。

优选地，所述的氨基酸为色氨酸、酪氨酸或苯丙氨酸中的一种；所述的壳聚糖分子量不小于5万，脱乙酰度不小于60％。

优选地，所述的壳聚糖分子量为75～85万，脱乙酰度不小于80％。

上述的氨基酸改性的壳聚糖絮凝剂的制备方法，其步骤为：

步骤一：将壳聚糖溶解于0.5～5wt％盐酸中，壳聚糖与盐酸溶液的质量比为1:(0.5～9)，调节溶液pH至5～6，搅拌至充分溶解；