[發(fā)明專利]一種殼聚糖-接枝氨基酸磁性復(fù)合微球、制備及應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510215364.6
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號: CN104785227A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊琥;嚴(yán)涵;陶雪;李愛民
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62;C02F103/30
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明涉及一種新型復(fù)合材料及其在水環(huán)境治理領(lǐng)域中的應(yīng)用，具體涉及一種殼聚糖-接枝氨基酸磁性復(fù)合微球、制備及應(yīng)用。

技術(shù)背景

近年來，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)開發(fā)迅猛，水源污染日趨嚴(yán)重；而水是人類生存的基本需求。同時，人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，對水質(zhì)也提出了更高的要求。就目前的水體污染特點看，水體中可溶性有機(jī)物質(zhì)及難生物降解化合物等逐年增多，但目前常規(guī)水處理手段對這一類污染物的去除效果并不顯著，同時現(xiàn)行的許多水處理藥劑還可能產(chǎn)生對環(huán)境有害的二次污染物質(zhì)，這無疑對環(huán)境保護(hù)以及可持續(xù)發(fā)展等帶來不利影響。因此尋求兼有高效、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)且無二次污染的水處理劑是當(dāng)前水處理領(lǐng)域的研究熱點和前沿課題。

天然高分子是自然界中動、植物以及微生物資源中的大分子，它們在被廢棄后很容易分解成水、二氧化碳等，且來源廣、無毒害，是環(huán)境友好材料。此外，更為值得一提的是，天然高分子材料是完全脫離石油資源的一類可再生資源，可以說是取之不盡用之不竭。正是由于天然高分子材料具有上述的優(yōu)異性能，其目前在生物、醫(yī)藥及食品加工等諸多領(lǐng)域中已有著廣泛的應(yīng)用。在水處理領(lǐng)域中，由于天然高分子分子鏈上分布著大量的游離羥基、胺基等活性基團(tuán)，具有絮凝作用，已被視為可作為現(xiàn)使用水處理劑的最佳替代材料之一。

其中，殼聚糖是性能最為優(yōu)異的天然高分子材料之一。殼聚糖前體甲殼素廣泛存在于蝦蟹等甲殼動物及昆蟲、藻類中，是世界上僅次于纖維素的第二大類天然高分子化合物。殼聚糖是甲殼素脫乙酰基產(chǎn)物，分子鏈中含有反應(yīng)性基團(tuán)-NH₂、-OH，在酸性溶液中會形成陽離子聚電解質(zhì)，顯示出良好的絮凝性能。此外，殼聚糖還具有良好的絡(luò)合作用，使得其能與水中的過渡金屬離子、腐殖酸類物質(zhì)及表面活性劑等產(chǎn)生絡(luò)合作用，實現(xiàn)對水溶性有機(jī)污染物的脫除。這樣殼聚糖就兼有絮凝、金屬離子吸附及水溶性有機(jī)物脫除等綜合性能。無疑開發(fā)以殼聚糖為基材的水處理劑是當(dāng)前水處理領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。

但是作為吸附劑材料，包括殼聚糖，為了獲得較大比表面積以提高其吸附性能，吸附劑顆粒尺寸均十分細(xì)小，這往往會造成在對污染物吸附脫除后，很難有效快速地從水體中分離。此外，為了進(jìn)一步提高殼聚糖的水處理性能，在保證其生物相容性前提下，嫁接或復(fù)合大量其它活性功能基團(tuán)到殼聚糖鏈上，同時尋找一種簡便快捷的分離方法，克服殼聚糖不易從水體快速分離的不足，制備具有良好分離效果的高效水處理劑，無疑對推進(jìn)殼聚糖在水處理中的深入應(yīng)用極具意義。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明的目的在于提供一種殼聚糖-接枝氨基酸磁性復(fù)合微球、制備及應(yīng)用。該微球材料通過吸附、絡(luò)合等作用能夠有效地除去水體中的有害物質(zhì)，并可再通過磁分離技術(shù)有效地與水體分離回收再利用。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種殼聚糖-接枝氨基酸磁性復(fù)合微球，該微球具有芯-殼結(jié)構(gòu)，其以殼聚糖-氨基酸復(fù)合體為殼體，以磁性材料為核芯；所述復(fù)合體是通過殼聚糖和氨基酸接枝方法獲得；

所述氨基酸為谷氨酰胺、谷氨酸、鳥氨酸中的一種；氨基酸在復(fù)合體中的含量為5~80wt%；所述磁性材料為Fe或Fe₃O₄，磁性材料為殼聚糖和氨基酸總重量的10-20%。

所述磁性復(fù)合微球采用反相懸浮交聯(lián)法制備，具體方法為：將殼聚糖、氨基酸與磁性材料混合分散在水溶液中，再以環(huán)己烷為油相，并通過戊二醛交聯(lián)而成。

上述殼聚糖-接枝氨基酸磁性復(fù)合微球的制備方法，具體包括如下步驟：

1）先將殼聚糖和氨基酸溶解在水溶液中，配制成殼聚糖和氨基酸為2-10wt%的水溶液；

2）然后將磁性材料通過超聲分散在上述溶液中，加入環(huán)己烷，攪拌均勻，并通過戊二醛交聯(lián)，形成高分子磁性復(fù)合微球。

所述環(huán)己烷的加入量與殼聚糖-氨基酸混合水溶液體積比為：1-10。

所述戊二醛的用量為殼聚糖用量的0.1-10%。

交聯(lián)過程控制反應(yīng)液的pH值為7-10，交聯(lián)溫度為35-65℃，交聯(lián)時間為0.5-3小時。

本發(fā)明所述的殼聚糖-接枝氨基酸磁性復(fù)合微球作為水處理劑在處理染料廢水中的應(yīng)用。用于去除廢水中的有害物質(zhì)。

本發(fā)明所述的殼聚糖-接枝氨基酸磁性復(fù)合微球用于吸附水中的重金屬離子。重金屬離子優(yōu)先為Cu²⁺。但不僅限于對Cu²⁺的吸附，其他重金屬離子例如：鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等重金屬離子同樣具有很好的吸附效果。