[发明专利]一种具有水体污染物分离性能的环糊精接枝壳聚糖聚合物的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，特别是涉及一种具有水体污染物吸附性能的接枝聚合物及其制备方法，具体为一种具有水体污染物吸附性能的环糊精接枝壳聚糖聚合物及其制备方法。

背景技术

随着工业的发展，水体污染已成为威胁人类发展的重大环境问题。水体污染主要包括有机物污染和金属离子等的无机物污染，这些污染物会通过食物链进入人体并在人体富集，威胁着动植物及人类的生命安全。目前，用于处理水体污染的方法很多，例如：萃取、电化学法、离子交换及膜分离技术等。但上述方法往往存在着仪器设备要求高、能耗过高、操作不便，并可能引起二次污染等缺点。吸附法由于其吸附量大、操作方便，设备简单，处理时间短且成本低廉等优点，已成为备受重视的水处理方法之一。目前使用的吸附剂品种有限且功能单一，不能完全满足人们的需求。因此，开发一种绿色环保、廉价实用的吸附剂就成为进一步应用吸附法处理污水的关键性技术问题。

壳聚糖(CTS)是甲壳素的脱乙酰基衍生物，分子内含有大量的游离的氨基和羟基，可与很多无机金属离子形成络合物。但壳聚糖分子的氨基在酸中易被质子化，造成壳聚糖的溶解流失，很大程度上限制了其应用范围。需要采用物理或化学方法对其进行改性以扩大其应用范围。

环糊精是由葡萄糖分子通过α-1，4-糖苷键形成的环状低聚糖，其最显著的特征是具有一个环外亲水，环内疏水且有一定尺寸的立体手性空腔。由于环糊精特殊的疏水性空腔可以包络尺寸适宜的有机物分子，其外侧亲水性的羟基对高价金属离子具有螯合作用，因此具有一定的立体选择和识别性能.正是这种特殊的结构和性质，使其在环境保护领域具有广泛的应用。

通过化学接枝反应对壳聚糖进行改性制备出环糊精接枝壳聚糖聚合物。制得的聚合物既克服壳聚糖易流失的缺点，又同时具有壳聚糖和环糊精的双重性能。壳聚糖可以加工成各种形态，如颗粒、薄膜等，这对环糊精化学在水处理领域中的实际应用具有实际意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有水体污染物吸附性能的接枝聚合物及其制备方法。

本发明提供一种水体污染吸附剂，该聚合物由醛基化的环糊精与壳聚糖制得，壳聚糖与醛基化的环糊精质量比为1∶1～1∶10，其中，壳聚糖的脱乙酰度为80％～95％，黏均分子量为40～100万Da，环糊精为α，β或γ环糊精中的一种或几种。

通过固液萃取后，接枝聚合物作为吸附剂吸附金属离子，去除率达到90％以上。其中，所述聚合物的质量为0.05g～0.5g，金属离子的浓度为10ppm～50ppm，金属离子溶液为含Ag⁺，Cu²⁺，Ni²⁺等一种或多种离子的溶液，搅拌时间为1～12h。

该聚合物的制备方法如下：首先将含氨基的壳聚糖溶解到溶剂中配置成一定浓度的聚合物溶液，再将醛基化的环糊精溶解于溶剂中，在N₂保护下加入到含氨基的聚合物溶液中，在一定温度下通过希夫碱反应使醛基化环糊精通过共价键方式接枝到壳聚糖链段上，得到接枝聚合物材料。

本发明中所述的溶剂为醋酸水溶液，醋酸浓度(V/V)为2％～10％。

本发明中所述反应体系中，壳聚糖聚合物溶液的浓度为5.0g/L～40g/L；壳聚糖聚合物与醛基化的环糊精的质量比为1∶1～1∶10。

本发明中在反应温度为50～130℃和接枝时间为1～24h下通过希夫碱反应使醛基化的环糊精通过化学键的方式接枝到壳聚糖高分子链段上，制得接枝聚合物。

与现有技术相比，本发明制备的吸附剂具有壳聚糖和环糊精的双重性能，从而可以制备出同时可以去除水体中有机物和金属离子等有害物质的吸附剂。本发明的接枝聚合物制备工艺简单，绿色环保，可降解。

具体实施方式

实施例1.壳聚糖接枝α-环糊精吸附剂的制备：

取2.5g壳聚糖，溶于100mL体积浓度为8％的醋酸水溶液中，加入无水乙醇稀释，通N₂除氧后在半小时之内慢慢滴加50mL含有5g醛基化的α-环糊精的环糊精溶液，在剧烈搅拌的条件下反应12h，温度为70℃。反应结束后加入氢氧化钠溶液使产物析出，过滤，水洗至中性，最后在50℃下真空干燥至产物质量恒定。将0.1g聚合物投入到浓度为10ppm的硝酸银、硝酸铜的水溶液中，通过固液萃取方式获得聚合物对Ag⁺、Cu²⁺的去除率分别达到97.95％，96.31％。

实施例2：壳聚糖接枝β-环糊精吸附剂的制备：