[发明专利]一种壳聚糖基复合气凝胶微珠重金属离子吸附材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种壳聚糖基复合气凝胶微珠重金属离子吸附材料及其制备方法和应用。本发明采用化学交联、材料复合和冷冻干燥的方法，成功制备出具有高吸附容量、高吸附效率和优异机械性能的壳聚糖基复合气凝胶微珠重金属离子吸附材料，成本低，原材料来源广泛，并且该材料可以多次重复回收利用和天然降解，对环境无毒无害，绿色环保，适用于治理各种重金属离子水污染。

技术领域

本发明属于吸附剂技术领域，具体涉及一种壳聚糖基复合气凝胶微珠重金属离子吸附材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于重金属离子具有溶解性、流动性、生物积累和非生物降解性等特点，在日常生产生活中，重金属离子污染使得生态环境和人类健康面临重大威胁。如六价铬具有致突变性、致癌性和致畸性，被美国环保局列为A类人类致癌物。长期接触六价铬污染的水可导致各种慢性疾病，如皮肤溃疡、肺癌、胃癌、染色体损伤和突变。铅离子在人体内积累可以破坏血液系统、神经系统和肾脏，导致贫血、精神分裂和性功能障碍等。因此，重金属离子污染治理对于生态环境优化和人类健康有着重大意义。

生物材料吸附法具有操作灵活、性价比高、没有二次污染等优点，已经被证明是治理重金属离子污染的最合适的方法之一。生物材料吸附法所用材料主要是农渔业的废弃物及其副产品，如榛子壳、坚果壳、大米废料、水果蔬菜废弃物、玉米废料、橘子皮、壳聚糖，这类材料在环境中可被自然降解，绿色环保，对环境无毒无害，并且材料本身有着较高的吸附容量和吸附效率，是理想的治理重金属离子污染的吸附材料。

其中壳聚糖已被证实对于重金属离子具有很高的吸附容量，是唯一天然碱性聚阳离子多糖，来源于渔业废弃物虾蟹壳中的甲壳素，通过甲壳素的脱乙酰化反应得到，分子链上存在大量氨基和羟基，为重金属离子吸附提供了大量的活性位点，因此具有优异的吸附性能。壳聚糖生物相容性好，具有一定的抗菌活性和理想的可降解性能，成本低廉，原材料充足，储量在多糖中仅次于纤维素。但是由于壳聚糖本身以粉末形式存在，比表面积较低，吸附容量低，并且在酸性介质中不能稳定存在，容易发生溶解，从而造成壳聚糖的流失。

目前，针对壳聚糖比表面积较低的问题主要是通过改变材料的形貌来解决，主要形貌包括微球、纳米管、纳米纤维、水凝胶及气凝胶等等，其中壳聚糖的气凝胶形貌由具有超高的比表面积而备受亲赖，但是存在气凝胶机械性能较差的问题，不利于加工，而且在吸附时容易发生破裂，限制了吸附材料的使用性能；针对壳聚糖吸附位点不足的问题，大部分研究者主要通过在壳聚糖的分子链上引入含有大量氨基、羟基等活性基团的小分子或聚合物来增加壳聚糖的活性吸附位点，制备过程复杂，成本高并且增加了环境降解的难度。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种壳聚糖基复合气凝胶微珠重金属离子吸附材料的制备方法。本发明有效增加了壳聚糖吸附材料的吸附容量，并且无毒可天然降解。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种壳聚糖基复合气凝胶微珠重金属离子吸附材料。本发明所述方法改善了气凝胶的机械性能。

本发明的再一目的在于提供上述一种壳聚糖基复合气凝胶微珠重金属离子吸附材料在重金属离子吸附中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种壳聚糖基复合气凝胶微珠重金属离子吸附材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将壳聚糖溶于醋酸溶液中，充分搅拌后抽滤得到壳聚糖溶液，加入具有多活性吸附基团的材料，充分搅拌后再次抽滤，所得溶液中再加入增强材料，混合均匀，得到混合溶液；

(2)将混合溶液以0.5～3ml/min的流速和3～15cm的高度逐滴加入碱溶液中，得到壳聚糖复合水凝胶微珠，搅拌6～12h使壳聚糖复合水凝胶微珠充分固化，冲洗；

(3)将固化后的壳聚糖复合水凝胶微珠加入交联剂水溶液中，25～50℃恒温交联反应1～4h，冲洗，得到交联壳聚糖水凝胶微珠；