[发明专利]一种改性壳聚糖海绵结构材料的制备方法及应用

说明书

一种改性壳聚糖海绵结构材料的制备方法及应用，本发明涉及改性壳聚糖海绵结构材料的制备方法及应用。本发明要解决现有壳聚糖改性方法的反应条件苛刻，反应温度高、工艺繁杂，使用毒性试剂、材料成型困难，产率低及吸附效率不高的问题。方法：一、制备淡黄色悬浊液；二、制备淡黄色粉末状的硫脲壳聚糖；三、制备橘红色的悬浊液；四、制备洗涤后的固体产物；五、冷冻干燥，即完成改性壳聚糖海绵结构材料的制备方法。本发明用于改性壳聚糖海绵结构材料的制备方法及应用。

技术领域

本发明涉及改性壳聚糖海绵结构材料的制备方法及应用。

背景技术

随着科学技术的不断发展，工业生产的日益更新，环境中有毒或潜在的有毒化学物，特别是重金属，对人类和环境构成了严重的威胁，而这些重金属中，铅由于其不可降解性和生物累积性，其危害显得尤为突出。除了岩石矿物溶出铅进入水体外，铅冶炼企业废水、生产含铅化合物的加工废水源源不断地排入水体，而铅对水生生物的安全浓度为0.16mg/L，自来水中可接受的铅最大浓度为0.05mg/L。众所周知，铅可以通过皮肤、消化道及呼吸道进入体内与多种器官亲和，对人体的血液系统、神经系统、泌尿系统以及免疫系统产生毒性效应，甚至产生致畸、致癌作用，美国环保署已将其列为优先控制污染物。

针对水体铅污染，常用的处理方法有物理化学法包括电絮凝法、化学沉淀法、离子交换法、膜过滤法等以及生物修复法等。但是这些方法普遍存在着二次污染严重、周期长见效慢、广适性差、成本高、实用性差以及效率低下等诸多缺点。而吸附法具有效率高、成本低、操作便捷及后处理简单等优点，已成为一种广为欢迎去除铅的有效途径。生物吸附材料与传统吸附材料相比，有着全新优良的性能。特别是自然界中含量较为丰富的壳聚糖，由于它们的高羟基和氨基比率的链状骨架结构，使其对重金属离子有着优异的选择吸附性且容易与其它材料化学修饰来改善其吸附效果，同时其还具有生物兼容性、易生物降解以及质轻等优良特性，在重金属废水处理方面展现了广阔的应用前景。

近年来，许多研究者都在关注壳聚糖改性吸附材料的制备，并取得了较好的结果。中国科学院长春应用化学研究所陈继教授小组利用三辛甲基氯化铵修饰羧甲基壳聚糖，对铅的吸附量在360min内达到143.3mg/g；巴西圣卡特琳娜州联邦大学Thiago G.Costa教授小组制备的环氧氯丙烷和三磷酸五钠交联壳聚糖在720min内可吸附铅166.94mg/g；华南理工大学付时雨教授小组利用聚乙烯醇和羧甲基纤维素成功制备磁性壳聚糖微球，在200min吸附铅171.0mg/g。到目前为止，研究者们发展了多种改性方法制备出不同形状的壳聚糖吸附材料，包括粉末、微球、凝胶、树脂、薄膜等，这些方法虽然成功制备了具有良好吸附性能的壳聚糖改性吸附材料，但是，其面临着很多问题：如使用毒性试剂、反应条件苛刻，反应温度高、制备过程复杂、能耗高、产率低等，从而阻碍了其商业化进程。因此，发展一种简单、绿色的方法，大量制备出廉价易回收的吸附材料是非常有意义的。

发明内容

本发明要解决现有壳聚糖改性方法的反应条件苛刻，反应温度高、工艺繁杂，使用毒性试剂、材料成型困难，产率低及吸附效率不高的问题，而提供一种改性壳聚糖海绵结构材料的制备方法及应用。

一种改性壳聚糖海绵结构材料的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、将壳聚糖和硫氰酸铵加入到无水乙醇中，在温度为80℃～100℃的条件下，冷凝回流并搅拌10h～12h，得到淡黄色悬浊液；

所述的壳聚糖与硫氰酸铵的质量比为1:(0.5～1.0)；所述的壳聚糖的质量与无水乙醇的体积比为1g:(5～10)mL；

二、将淡黄色悬浊液离心过滤，得到固形物，将固形物用无水乙醇洗涤，并置于温度为40℃～80℃的烘箱中干燥，得到淡黄色粉末状的硫脲壳聚糖；

三、将淡黄色粉末状的硫脲壳聚糖加入到质量分数为10％～20％的NaOH溶液中，得到反应液，然后向反应液中加入CS₂，并在温度为18℃～30℃下，搅拌反应20h～30h，得到橘红色的悬浊液；