[發明專利]殼聚糖納米纖維膜吸附材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110146164.1
• 申請日: 2011-06-01
• 公開（公告）號: CN102218300A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 吳大勇;李東周;操建華
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/30;D01D5/00;D04H1/72;D01F9/00
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術領域

本發明涉及吸附材料領域，特別涉及一種能夠高效吸附重金屬離子的殼聚糖(CS)納米纖維膜吸附材料。

背景技術

礦山、冶煉、電解、電鍍、農藥等行業排放的廢水中常含有重金屬，這是造成水體污染的原因之一。重金屬在水溶液中不易降解，當進入食物鏈后對人類的生命威脅很大。食用含過量鎘的食品容易造成惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛。鉛化合物主要影響神經系統、腎臟和血液系統，影響兒童的智力發育等。汞對人體的危害主要表現為頭痛、頭暈、肢體麻木和疼痛等，汞中的甲基汞在人體內極易被肝和腎吸收，其中15％被腦吸收，首先受損的是腦組織，并且難以治療。因此，為了減少重金屬對人類身體健康和環境污染的影響，世界各國對工業排放水中的重金屬含量制定了標準。我國的GB18918-2002標準中規定允許排放的重金屬濃度為：汞總濃度＜0.001mg/L，鎘總濃度＜0.01mg/L，鉛總濃度＜0.1mg/L。因此，對水溶液中重金屬離子的去除和回收就變得非常重要。

水溶液中重金屬離子的回收常用的方法有化學沉淀、反滲透、電解、離子交換、蒸發等方法。但是這些方法的效率較低，成本較高，當水溶液中重金屬離子含量較低時不適用。吸附法是一種廣泛用于從水溶液中除去重金屬離子的方法，其中吸附劑與重金屬離子之間通過靜電相互作用或者吸附劑與重金屬離子螯合而達到除去水溶液中重金屬離子的目的。傳統的吸附劑有活性炭、離子交換樹脂。活性炭具有比表面積大、多孔的特點，但是非選擇性吸附和再生成本高的缺點限制了活性炭在水處理領域的廣泛應用。離子交換樹脂具有比表面積大、多孔性、對芳香烴分子選擇吸附性高的優點，但是制備成本高，親水性能低且工藝復雜。

因此，需要開發一種成本低且來源廣泛的吸附材料。

發明內容

近年來，CS作為一種生物高分子吸附材料引起了人們的廣泛關注。甲殼素是從甲殼類海洋動物如大蝦、小蝦、昆蟲、螃蟹等動物的殼中萃取的一種天然聚合物，CS為甲殼素在堿性條件下水解并脫去部分乙酰基后生成的衍生物，其化學名稱為β-(1→4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖，是地球上除纖維素外的第二大天然高分子，其來源相當豐富。CS的結構式如圖1所示。CS分子鏈上含有大量的氨基和羥基活性官能團，容易采用其它的物質對其進行修飾，而且CS無毒，具有生物相容性、生物可降解性、親水性高、成膜性好等特性，因此CS在生物醫學、組織工程、藥物緩釋、細胞及酶的固定化、高分子膜材料等方面有著十分廣泛的應用。另外，由于CS分子的-NH₂中氮原子上的孤對電子與金屬離子的空軌道形成配位鍵而絡合，從而對金屬離子具有穩定的配位作用，因此，CS可以作為金屬離子的富集劑，有效地去除廢水中的重金屬離子。

衡量吸附劑吸附性能的一個重要指標就是吸附量，即當吸附達到平衡時單位質量的吸附劑從溶液中吸附的重金屬離子的量，其計算公式如下：

q=(C0-Cf)VM---(1)]]>

q為一定溫度下的吸附量，mg/g；C₀和C_f分別為溶液中金屬離子的起始濃度和最終濃度，mg/L；V為溶液的體積，L；M為吸附劑的質量，g。

當溶液中的重金屬離子含量一定時，吸附劑的吸附量越大，吸附劑的用量就越少，吸附劑的成本也相應越低。吸附劑的吸附量與其比表面積密切相關，一般地，吸附劑的比表面積越大，吸附劑的吸附量就越大。研究發現常溫下CS的物理形態為粉末、粒狀、凝膠微珠、微球和薄片等，這些物理形態的CS的比表面積較低(2-30m²/g)，其平均孔徑為300-，因此，常溫下上述物理形態的CS的吸附量較低。

納米纖維的直徑為數十納米，具有大的比表面積和高的孔隙率，且其孔徑分布范圍較窄。如果將CS制備成納米纖維膜，則可以較大地提高其比表面積，從而提高其對金屬離子的吸附能力。