[发明专利]一种N-羧乙基壳聚糖纳米磁珠及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种N‑羧乙基壳聚糖纳米磁珠及其制备方法和应用，属于化学技术领域。所述N‑羧乙基壳聚糖纳米磁珠的制备方法包括：将N‑羧乙基壳聚糖、Fe₃O₄纳米粒子和交联剂溶于乙酸溶液中进行反应，反应完成后，调节pH值至中性，收集沉淀物，洗涤、干燥，即得。本发明将N‑羧乙基壳聚糖包覆于纳米磁珠表面，提高对金属离子的吸附容量，尤其在吸附Cu(II)和Pb(II)等重金属方面显著优于现有的大部分同类吸附剂，可应用于去除污水中的重金属；本发明的N‑羧乙基壳聚糖纳米磁珠可通过磁铁进行回收，拓宽其适用范围和条件。

技术领域

本发明涉及化学技术领域，具体涉及一种N-羧乙基壳聚糖纳米磁珠及其制备方法和应用。

背景技术

壳聚糖(chitosan)是除纤维素外的第二大天然聚合物，β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖(葡萄糖)和β-(1,4)-2-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡聚糖(N-乙酰葡萄糖胺)组成，由甲壳素在碱性条件下脱乙酰获得。壳聚糖来源丰富、价格低廉、无毒，加之其优良的抗氧化性、抑菌性、生物相容性、生物降解性等优良特性，使其成为研究的热点，在食品、化妆品、生物医学和制药等领域得到大量应用。而壳聚糖本身水溶性较差，严重限制了其加工和应用。

为了提高壳聚糖在各领域的应用，需对壳聚糖进行化学修饰。壳聚糖结构中含有活泼的—OH、—NH₂，在N位或O位上可以引入其它活性基团，比如目前正在广泛研究的有羧甲基化、季铵化、月桂酰基磺化、羟丙基化和PEG-接枝。此外相关文献报道，与原料壳聚糖相比，壳聚糖衍生物的溶解性、抗氧化性、生物相容性、抗菌性等一系列性质都有不同程度的提高。

羧乙基壳聚糖成功克服了壳聚糖不溶于水的缺点，在碱性pH下溶解性大大提高。目前，Huang等报道羧乙基壳聚糖有较好的自由基清除能力，还原力及体外胆酸结合能力，在医药和保健方面有较好的应用，此外羧乙基壳聚糖作为一种良好的生物吸附剂，其羧基作为功能基团，具有良好的重金属吸附作用，对治理污水，保护环境，带动经济具有重要意义。

目前，工业废水中有毒重金属导致的环境污染问题越来越引起人们的关注，水污染控制日益受到环保部门和工业部门的密切重视。目前已开发并使用的吸附剂主要有活性炭、合成树脂、生物质、粘土、泥煤、活性污泥等，但多数存在成本高，操作复杂，吸附容量不高，解吸难等问题。因此，寻找低成本、高性能的环保型吸附材料已经越来越重要。

公告号为CN 103263895 B的发明涉及一种改性磁性壳聚糖微球重金属离子吸附剂的制备方法，包括以壳聚糖粉末为原料制备磁性壳聚糖微球，以及进一步将磁性壳聚糖微球制备成羟丙基氯磁性壳聚糖微球，以所述壳聚糖微球为母体，2-氨基噻唑为配体，对磁性壳聚糖微球进行羟丙基氯磁性化学接枝，得到的改性磁性壳聚糖微球重金属离子吸附剂。采用该发明方法制备而得的改性磁性壳聚糖微球重金属离子吸附剂对Hg²⁺离子具备选择性吸附。该发明制得的改性磁性壳聚糖微球重金属离子吸附剂化学稳定性好，容易洗脱，只需要少量盐酸就可以完全洗脱，减少二次污染，并可在外加磁场条件下快速分离。

发明内容

本发明提供了一种N-羧乙基壳聚糖纳米磁珠，利用羧基及Fe₃O₄纳米粒子磁性吸附重金属，对污水治理、环境保护具有重要意义。

本发明提供了一种N-羧乙基壳聚糖纳米磁珠的制备方法，包括以下步骤：将N-羧乙基壳聚糖、Fe₃O₄纳米粒子和交联剂溶于乙酸溶液中进行反应，反应完成后，调节pH值至中性，收集沉淀物，洗涤、干燥，制得所述N-羧乙基壳聚糖纳米磁珠。

所述Fe₃O₄纳米粒子和N-羧乙基壳聚糖是以共沉淀方式结合在一起。

所述N-羧乙基壳聚糖的取代度为0.9～1.1。