[发明专利]磁性纳米壳聚糖微球及其制备方法

说明书

本发明公开了一种磁性纳米壳聚糖微球及其制备方法，属于磁性纳米材料制备技术领域，包括如下步骤：①向氯化铁溶液中加入NaOH，调节至碱性，滤出初次沉淀，将初次沉淀与所述分散液相混合，去除乙醇得到初次沉淀的分散相；将所述初次沉淀的分散相置于高压釜中反应得到二次沉淀的分散相，所得二次沉淀即磁性纳米颗粒；②在壳聚糖溶液中加入所述磁性纳米颗粒，然后加入乳化剂和固定剂，分离得到三次沉淀，将所述三次沉淀干燥后即得磁性纳米壳聚糖微球。本发明拟提供一种磁性纳米载体，具有良好的生物性、带有多种活性基团、比表面积大、多孔、粒径分布窄等特点，其在外加磁场的作用下可进行快速运动和分离，使微球具有易回收、可再生等优点。

技术领域

本发明涉及磁性纳米材料制备技术领域，具体地指一种磁性纳米壳聚糖微球及其制备方法。

背景技术

Cr(VI)广泛存在于皮革制造、电镀、印刷、冶金等工业废水中，对人体和环境有很大危害性，被列为第一类有毒污染元素，因此如何有效地处理含铬废水是当今环境保护的重要课题。对含铬废水的处理，目前主要采用生物法、离子交换法、电解法、化学沉淀法和吸附法等。

常用的生物吸附剂有细菌、真菌、藻类等，研究较多的微生物吸附剂有动胶菌属、节杆菌属、丝状真菌、酵母菌和藻类，而对鞘细菌作为微生物吸附剂的研究较少，主要是因为鞘细菌的分离纯化比较困难。鞘细菌(Sheathe Bacteria)是活性污泥中一类重要的丝状菌群，能够产铁锰氧化酶，其形态呈丝状体结构，不分支或有假分支，其丝状体外包围着一层鞘，鞘的主要组分是蛋白质、多糖和脂类等有机物。鞘细菌对营养条件的要求不高，能利用多种简单的有机化合物，如醇、有机酸和糖类等，对工业废水有较强的耐受和转化能力。近年来的一些研究表明，鞘细菌不仅对污水中的有机物和毒物有很强的降解作用，还具有吸附重金属的能力，对铅、铜、锌、铬、铁等多种金属离子都具有良好的吸附作用。此外，鞘细菌还能够分泌合成铁、锰氧化酶，这些酶在鞘细菌污水治理中起到很重要的作用。因此，鞘细菌在重金属回收、水质净化、环境监测等方面具有广泛的应用前景。

使用游离活菌体作为生物吸附剂，虽然具有接触面积较大、传质性能较好、反应较迅速等优点，但是在吸附过程需要维持一定的温度、营养和 pH等条件来保证微生物的自身生长，而且活菌体作为吸附剂，其理化特性存在有一定的缺陷，比如后期的固液分离困难，稳定性较差，吸附强度较低等缺点，难以实现工业化应用。因此选用一种合适的载体负载游离细胞，以提高细胞的机械强度和生物稳定性，易于实现后期的固液分离，是目前生物吸附剂研究的热点之一。

近年来，随着纳米科技的快速发展，越来越多的纳米氧化物(如氧化钛、氧化铁等)由于其对重金属的超强吸附力，被用作环境修复材料，其中磁性纳米材料是应用最广、最有效的吸附剂。磁性纳米材料所特有的表面效应和磁响应特性，使其在作为重金属离子吸附剂时可高效回收、使用方便、洗脱简单，从而避免对水体的二次污染。其中氧化铁（三氧化二铁、四氧化三铁）是最常用的纳米吸附材料。但由于磁性纳米材料具有较大的比表面积，在表面效应的驱使下，未修饰的磁性纳米材料极易发生团聚，因此常需对磁性纳米材料表面进行修饰，如二氧化硅、活性炭、高分子聚合物等物质为常用的修饰材料。修饰后的磁性纳米材料在其表面上进一步嫁接一些基团，如羧基、羟基、硫酸根、磷酸根、酰胺和氨基等功能基团，这样不仅提高了磁性纳米粒子的稳定性，也提高了磁性纳米材料对金属离子的吸附选择性和吸附容量。

壳聚糖（Chitosan）是由甲壳素(Chitin)脱乙酰基后的产物，又名甲壳质，几丁质，它是许多高等动物，特别是节肢动物(如虾、蟹等)外壳的重要成分，同时也存在于低等植物如真菌的细胞壁中，分布十分广泛。这种天然高分子材料具有良好的生物相容性和血液相容性，而且易被改性，其分子表面含有大量的氨基（-NH2）和羟基（-OH）等活性基团，可与重金属离子形成稳定的螯合物。

将鞘细菌应用于污水处理时需要合适的载体，而制备所述载体成为目前应用的当务之急。

发明内容