[发明专利]一种多功能生物吸附材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种多功能生物吸附材料，其制备方法包括以下步骤：以α‑酮戊二酸缩壳聚糖为载体，重金属离子为印迹模板，通过重金属离子印迹技术得到离子印迹材料，然后将所述离子印迹材料和磁性纳米Fe₃O₄进行交联反应得到磁性离子印迹材料，最后通过固化反应使所述磁性离子印迹材料包覆在粘质沙雷氏菌菌体表面。得到的多功能生物吸附材料集高吸附低成本、高选择低污染、高分离低损耗等诸多优点于一身，同时具有磁性材料及生物吸附材料的优势，可同时实现磁性分离、选择性识别、可循环回收利用等多种功能；且方法简便、成本低廉、绿色环保、不会造成二次污染，可广泛用于各种特定重金属工业废水的处理，为工业废水的处理提供了一种新材料。

技术领域

本发明属于吸附材料领域，尤其涉及一种多功能生物吸附材料及其制备方法。

背景技术

重金属污染是目前世界上三大水环境污染的方式之一，主要包括了铅、铬、汞、锌、铜、镍等重金属的污染。重金属进入到水环境中，不能被生物所降解，而且还会在生物体内积累，在食物链中发生蓄积的作用，进入人体后对人体的正常代谢活动造成破坏，从而对人们的健康造成危害。传统的重金属废水的处理方法主要包括化学、物理或者物理化学的方法。然而，传统的化学和物理化学的处理方法存在较多的缺点，例如：投资大、操作管理比较麻烦、运行成本较高、容易造成二次污染等。

目前在实际运用当中，采用得比较多的方法是物理治理方法中的生物吸附法，与传统的吸附法相比，其具有以下主要特征：(1)适应性广，能在不同pH值、温度及加工过程下操作；(2)选择性高，能从溶液中吸附重金属离子而不受碱金属离子的干扰；(3)金属离子浓度影响小，在低浓度(<10mg/L)和高浓度＞100mg/L)都有良好的金属吸附能力；(4)对有机物耐受性好，有机物污染(<5g/L)不影响金属离子的吸附；(5)再生能力强、步骤简单，再生后吸附能力无明显降低。采这种方法还具有成本较低、材料便宜易得、去除效果较好等优点，被认为是一种非常具有前途的重金属废水处理方法。当今用生物吸附法进行废水处理的核心问题是寻求一种更加合适的、更加新型的吸附材料，提高重金属废水的处理效率和安全性。

壳聚糖及其衍生物的吸附法具有较多的优点，例如：无二次污染、吸附效果较好、容易解析等，已经成为了重金属废水处理研究的一个重要的研究热点。壳聚糖是甲壳素脱去乙酰基后的产物，是天然多糖类化合物中唯一的碱性多糖。而甲壳素是一种重要的天然可再生资源，广泛存在于虾、蟹、蚕蛹的外壳以及真菌、藻类的细胞壁中，此外还来源于生产有机酸类、抗生素和酶的副产物，每年生物合成量超过100亿吨，年再生量仅次于纤维素。因此，壳聚糖作为化工资源利用，具有原料丰富、再生迅速、环境和生物相容性好等优点，对应缓解日益加重的化石资源危机有重要现实意义。而且，壳聚糖表面含有大量的-OH、-NH₂，使得它能和很多重金属离子发生螯合作用，形成具有网状结构的螯合物，且还具有无毒、可降解等优点，是一种非常理想的重金属吸附剂。磁性壳聚糖粒子因具有壳聚糖的生物相容性和生物可降解性，同时兼具磁响应性，使磁性壳聚糖粒子在诸多领域显示非常广阔的应用前景，但是由于它表面的功能基团单一，无法满足各领域的要求，因此人们纷纷对其表面进行改性，使磁性粒子表面含有不同的功能基团。但尽管如此，随着科技的发展，单一性质的壳聚糖及其衍生物吸附法已经不能满足当今对处理重金属废水的需求。

分子印迹技术是近十几年发展起来的一门涵盖材料化学、高分子化学、生物化学等学科的交叉科学技术，是指对特定的目标分子具有高选择性的聚合物的制备与应用技术。将分子印迹技术引入壳聚糖衍生物吸附剂，为选择性处理重金属离子废水提供了一种新方法，引起了人们广泛关注。通过比较分子印迹壳聚糖吸附剂与非印迹壳聚糖衍生物吸附剂对水体中模板重金属离子的吸附性能，发现：分子印迹壳聚糖衍生物吸附剂对模板重金属离子的吸附容量和吸附选择性有了很大提高。