[发明专利]一种偕胺肟化聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖的制备方法和应用

说明书

本发明属于材料化学领域，公开了一种偕胺肟化聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖的制备方法和应用。所述制备方法包括：(1)制备Fe²⁺、Fe³⁺与壳聚糖混合溶液，超声分散均匀，调节溶液pH大于10，冷冻，解冻，离心，洗涤干燥得到壳聚糖/Fe₃O₄纳米粒子；(2)将壳聚糖/Fe₃O₄纳米粒子加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声分散均匀后，加入丙烯腈、链转移剂、光引发剂，光照反应，得聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖纳米粒子；(3)将聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖纳米粒子浸入盐酸羟胺溶液中，加入无水碳酸钠调节pH值，进行原位偕胺肟化，洗涤干燥。该方法所制备的偕胺肟化聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖对废水中重金属离子具有优异的吸附性能，且吸附后的吸附剂可以快速分离，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及材料化学领域，具体是涉及一种偕胺肟化聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖的制备方法和应用。

背景技术

近年来，环境污染越来越严重，其中冶金、矿山开采等行业产生大量的废水，水体重金属污染事件频发，如何有效地去除废水中的重金属已经成为了不可避免的环境和社会问题。

壳聚糖是天然多糖甲壳素脱乙酰基的产物，其分子结构与纤维素相似，呈直链状，是一种无毒无害的、强极性的高分子材料，具有来源广泛、环境友好、易降解且可再生等优点。壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖，分子中有大量性质活泼的氨基(C2位)、羟基(C6位)等活性基团，具有较强的化学反应能力，能通过螯合、离子交换或形成离子对等方式吸附金属离子，有效去除废水中的重金属。因此，壳聚糖已在水处理、农业、化工、医药等方面得到应用，尤其在废水中重金属离子的处理方面得到了广泛的关注。

然而，由于壳聚糖分子上氨基的存在，壳聚糖在酸性溶液中会与H⁺发生质子化反应，失去对重金属的配位能力。而且，壳聚糖单独作为吸附剂使用时，还存在机械稳定性差、易造成二次污染以及难再生等缺点，这在一定程度上来说限制了壳聚糖在重金属废水中处理方面的应用。现有技术针对于上述问题已经提出了很多改进方法，如中国申请专利CN104084177公开了一种磁性壳聚糖纳米纤维去除废水中Cu²⁺的方法，该方法将Fe₃O₄纳米颗粒加入到壳聚糖和聚乙烯醇溶液中制成均匀的前驱体溶液，通过静电纺丝制备得到磁性壳聚糖纳米纤维。100g的磁性壳聚糖纳米纤维吸附4h对Cu²⁺的吸附量达83.5％，且具有磁性的壳聚糖易分离，但是这种磁性壳聚糖吸附剂制备过程较繁琐，而且其对金属离子的吸附能力仍不够高，污水处理后无法达到排放标准。

丙烯腈中含有腈基，通过腈基的化学转化反应可得到偕胺肟基，偕胺肟基中的羟胺肟基和氨基都有孤对电子，易与金属离子起螯合作用，因而具有很好的吸附效果。理论上，用丙烯腈接枝改性磁性壳聚糖可进一步提高壳聚糖的对金属离子吸附能力。但现有技术中并没有条件温和，适于工业化生产，且产物吸附性能极好的偕胺肟化聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖制备技术。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种偕胺肟化聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖的制备方法和应用。该方法条件温和，且所得偕胺肟化聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖具有吸附容量大、吸附速度快、便于回收及可降解的特点。

为达到本发明的目的，本发明偕胺肟化聚丙烯腈接枝磁性壳聚糖的制备方法包括如下步骤：

(1)制备Fe²⁺、Fe³⁺与壳聚糖混合溶液，超声分散均匀，调节溶液pH大于10，冷冻处理，解冻，得到壳聚糖/Fe₃O₄纳米混合溶液，离心，洗涤，干燥，得到壳聚糖/Fe₃O₄纳米粒子；