[发明专利]一种能可视化识别并除去汞离子的壳聚糖基水凝胶吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种能可视化识别并除去汞离子的壳聚糖基水凝胶吸附剂及其制备方法与应用。本发明的制备方法包括步骤：聚乙二醇与4‑醛基苯甲酸经反应制备得到苯甲醛端基化的聚乙二醇；罗丹明6G酰肼与苯甲醛端基化的聚乙二醇经反应制备得到聚乙二醇修饰的罗丹明6G酰肼；以苯甲醛端基化的聚乙二醇为交联剂，将聚乙二醇修饰的罗丹明6G酰肼共价交联到壳聚糖上，制备得到环境友好，生物安全性高的水凝胶吸附剂。本发明水凝胶吸附剂对汞离子显示优异的吸附选择性和去除能力，并显示特异性颜色变化，因此能用于水溶液中可视化识别并高效除去汞离子；另外由于该吸附剂呈块体状，在吸附结束后易于去除，在实际应用中便于操作。

技术领域

本发明涉及一种能可视化识别并除去汞离子的壳聚糖基水凝胶吸附剂及其制备方法与应用，属于功能材料技术领域。

背景技术

水环境重金属污染不论对生态环境还是人体健康都造成了很大的威胁，其中的汞离子作为广泛存在且毒性最强的重金属离子之一，由于它能通过食物链进入生物体，透过血脑屏障，在脑组织和肾脏等部位富集，对生物体的损害极大。对于水体汞离子污染可以通过化学沉淀、电化学还原、聚沉、膜分离、吸附、渗透等方法处理，其中的吸附法由于廉价、高效、易于操作等特点而受到人们的广泛关注。

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物，主要存在于虾蟹、昆虫等节肢动物的外壳中，是自然界中存在的第二大丰富的生物聚合物。由于壳聚糖分子中大量的氨基和羟基基团，对重金属离子有很强的螯合作用，并且壳聚糖无毒、易于降解，是制备重金属离子吸附剂的优异材料。但壳聚糖水溶性差、比表面积低，不能被直接用作吸附剂，因此需要通过物理或化学方法对其改性并赋予其功能性，最常用的是嫁接或交联的办法。例如，中国专利文献CN110586045A公开了一种两性磁性壳聚糖吸附剂的制备方法和应用，通过溶剂热“一锅法”合成磁性壳聚糖，在戊二醛的作用下通过席夫碱反应制得硫脲修饰的磁性壳聚糖；再在催化剂的作用下将磁性壳聚糖表面通过酰胺化反应接枝羧基制得两性磁性壳聚糖吸附剂。该发明制备的为磁性粉末材料，用于吸附Cr(VI)和Cd(II)。中国专利文献CN104607152A公开了一种罗丹明衍生物修饰的荧光磁性吸附剂。该荧光磁性吸附剂的合成方法为：以戊二醛为交联剂，使壳聚糖包覆四氧化三铁纳米微粒制备磁性壳聚糖微球，通过环氧氯丙烷的作用，将带有氨基的罗丹明类衍生物分子“粘附”到磁性壳聚糖表面得到荧光磁性复合吸附剂粉末；该吸附剂用于汞离子吸附和识别。中国专利文献CN105817208A公开了一种罗丹明B接枝壳聚糖吸附剂及其制备和应用。先将罗丹明B和水合肼反应制得罗丹明B酰肼；然后以乙二醛为交联剂，将罗丹明B酰肼接枝到壳聚糖上得到吸附剂。该吸附剂可用于环境水样中汞离子的吸附与检测。但以上所制备吸附剂均是粉末形式，吸附剂后期难以从溶液中分离，或需要借助外加磁场才能分离，在实际应用中存在极大缺陷；另外，目前壳聚糖吸附剂的制备通常采用以乙二醛、戊二醛等作为交联剂，而这类醛类小分子交联剂具有明显的生物毒性，会造成水处理过程中的二次污染。在吸附性能方面，目前用于除去汞离子的壳聚糖吸附剂较少，且吸附性能不高(汞离子去除率不超过90％)。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种能可视化识别并除去汞离子的壳聚糖基水凝胶吸附剂及其制备方法与应用。本发明制备方法简单，采用低毒的苯甲醛端基化的聚乙二醇作为交联剂，经与罗丹明6G酰肼反应后所得聚乙二醇修饰的罗丹明6G酰肼同样具有环境友好，生物安全性高的特点；然后将其共价交联到壳聚糖上，制备得到壳聚糖基水凝胶吸附剂。本发明方法制备的吸附剂无毒、生物安全性高，对汞离子具有颜色识别功能、较好的吸附选择性和吸附性，能够有效去除水中汞离子，并且易于后期分离。

本发明的技术方案如下：

一种能可视化识别并除去汞离子的壳聚糖基水凝胶吸附剂，所述吸附剂为具有三维多孔结构的块体状材料，孔径为100-200μm。

上述能可视化识别并除去汞离子的壳聚糖基水凝胶吸附剂的制备方法，包括步骤：

(1)于溶剂A中，在催化剂作用下，聚乙二醇和对甲醛苯甲酸经反应制备得到苯甲醛端基化的聚乙二醇(DF-PEG)；