吸附铅的材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种吸附铅的材料的制备方法，该材料为壳聚糖‑柠檬酸聚合物，包括以下步骤：步骤一、称取柠檬酸，加入盛有蒸馏水的容器中，搅拌下加入次亚磷酸钠和壳聚糖，加热至60～150℃，搅拌反应4～5h后停止反应，得反应混合液；步骤二、向所述反应混合液中加入乙醇体积分数为85％的乙醇水溶液沉降，抽滤、收集滤饼，将滤饼置于60℃真空条件下干燥36h，研磨粉碎过100～120目筛即得所述壳聚糖‑柠檬酸聚合物。本发明专利技术制备方法简单，反应周期短，选用次亚磷酸钠作为催化剂，蒸馏水作为反应溶剂，不使用有毒有害化学试剂和金属催化剂，无污染，操作简单且安全高效，且对水体中铅离子的吸附性能较高，具有重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种吸附铅的材料的制备方法。更具体地说，本专利技术涉及一种壳聚糖-柠檬酸聚合物的材料的制备方法。
技术介绍
水是人类赖以生存的物质基础，广泛用于动植物生长、工业生产及人们的生活，是人类社会可持续发展的重要因素。近年来，工业化进程的加快虽带来了经济和社会的发展，但也带来了严重的环境污染问题，尤其是水体中重金属污染。水体中重金属污染主要是指由工业化产生的含重金属污染物的废水未经妥善的处理直接肆意排放到江河、湖泊及地表等水体中所造成的水体污染。常见的重金属主要包括铅、镉、汞、砷和铬等，而铅被广泛用于铅管道和反应罐制造、蓄电池、铅笔、防辐射物料、焊接物料、颜料、奖杯、渔业用具和电缆护套等，在这些过程中会产生含铅废水，未经合理处理直接排放的含铅废水成为了水体中常见的污染物。铅及铅化合物有毒性，进入人体蓄积至一定量会危害人体健康，尤其是对儿童危害最大。研究表明，儿童在发育早期铅严重中毒引起智力和脑功能损伤是不可逆的；儿童体内血铅含量高于100μg/L时将导致儿童智力下降，且儿童体内血铅含量与智商(IQ)存在负相关关系，血铅水平每增加100μg/L，IQ平均降低1–3分(Sheng xiaojing，1998)；铅还可以通过母体胎盘侵入胎儿脑组织危害胎儿健康(袁小鸣，1991)；铅进入人体可与蛋白质结合，干扰人的生理生化活动，进而引起贫血、水肿和血尿等，严重者可引起肾衰竭；人体每千克体重铅摄入量大于5mg可引起急性铅中毒现象。因此，含铅废水的处理一直是国内外研究水体污染的焦点之一。目前，含铅废水的处理方法主要有化学法(化学沉淀法、氧化还原法、电化学法和电解法等)、物理化学法(溶液萃取法、吸附法、离子交换法和膜分离法等)和生物化学法(生物絮凝法、生物质材料吸附法和植物修复法等)。吸附法因不引入新的污染物且能从水中富集分离有机污染物而受到广泛重视。壳聚糖(chitosan,CTS)是由单体2-氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成，分子中含有大量的氨基和羟基，这些基团中存在孤对电子，与重金属离子可形成稳定的螯合物。但CTS分子中的氨基与羟基易形成分子间或分子内氢键，导致其水溶性较
差，仅溶于少部分稀酸溶液，在酸性条件下，壳聚糖C2位上的-NH2易形成-NH3+，不利于对重金属离子的吸附，使得吸附效果差，限制了它的应用。同时壳聚糖分子中的氨基和羟基具有一定的反应活性，可通过烷基化改性、醚化改性和羧甲基化改性等化学改性方法改善壳聚糖的水溶性同时赋予其新的性能，从而扩大其应用范围。柠檬酸(CA)是一种三元羧酸，羧基具有很强的亲水性且与氨基具有很高的反应活性。国标中规定CA在规定的范围和限量内使用是安全的。因此，CA适合作为与壳聚糖反应改善壳聚糖水溶性的物质。壳聚糖和柠檬酸进过酰化反应制得壳聚糖-柠檬酸的聚合物，现有技术中，壳聚糖和柠檬酸的酰化反应中通常需要加入丙酮或甲醇等毒性较大的有机试剂作为反应溶剂，需要添加金属催化剂，且反应条件为高温高压，反应周期较长，反应成本较高，危险系数较大，限制了壳聚糖-柠檬酸的大规模的制取。因此，亟需寻找一种反应周期短，反应条件温和，反应过程中不需加入有毒有害的溶剂和催化剂，且产物易分离的制备壳聚糖-柠檬酸聚合物的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种吸附铅的材料的制备方法，其采用来源广泛的壳聚糖及柠檬酸作为原材料，通过酰化反应制备壳聚糖-柠檬酸聚合物，作为吸附铅的材料，制备方法简单，反应周期短，选用次亚磷酸钠作为催化剂，蒸馏水作为反应溶剂，不使用有毒有害化学试剂和金属催化剂，无污染，操作简单且安全高效，具有重要的应用价值。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种吸附铅的材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、称取柠檬酸，加入盛有蒸馏水的容器中，搅拌下加入次亚磷酸钠和壳聚糖，加热至60～150℃，搅拌反应4～5h后停止反应，得反应混合液；其中，所述柠檬酸、所述壳聚糖、所述蒸馏水和所述次亚磷酸钠的质量比为36:9～36:180～720:2～18；步骤二、向所述反应混合液中加入乙醇体积分数为85％的乙醇水溶液沉降，抽滤、收集滤饼，将滤饼置于60℃真空条件下干燥36h，研磨粉碎过100～120目筛即得所述壳聚糖-柠檬酸聚合物。优选的是，所述吸附铅的材料的制备方法，所述柠檬酸、所述壳聚糖、所述蒸馏水和所述次亚磷酸钠的质量比为18:7.2:144:1。优选的是，所述吸附铅的材料的制备方法，所述壳聚糖的脱乙酰度为84.40％，重均分子质量为261000。优选的是，所述吸附铅的材料的制备方法，所述步骤一的具体操作为：S1：按上述质量比称取柠檬酸、次亚磷酸钠、壳聚糖和蒸馏水，将次亚磷酸钠和壳聚糖分别均分为三等份，将柠檬酸和蒸馏水加入到容器中充分搅拌使其溶解，然后加入第一等份的次亚磷酸钠并加热至60～70℃，搅拌10～15min后加入第一等份的壳聚糖和第一份复合物，继续加热至80～90℃，搅拌反应20～30min；S2：将第二等份的次亚磷酸钠加入容器中，搅拌10～15min后加入第二等份的壳聚糖和第二份复合物，继续加热至90～100℃，搅拌反应20～30min；S3：将第三等份的次亚磷酸钠加入容器中，搅拌10～15min后加入第三等份的壳聚糖，继续加热至110～150℃，搅拌反应3h后停止，冷却至室温得反应混合液；所述第一份复合物和所述第二份复合物的制备方法为：按质量份数称取2～5份的羟基磷灰石和0.1～0.3份的氧化铝瓷球混合后粉碎过80～100目筛网，加入到10～20份的二氯甲烷和8～14份的乙醇的混合溶液中，于40～50℃回流30～40h后过滤，并用30～40份的45℃的乙醇重复洗涤三次，置于50～60℃的真空干燥箱中干燥18～26h，然后粉碎过180～200目筛得复合粉，将所述复合粉均分为两等份，即为所述第一份复合物和所述第二份复合物；所述复合粉与壳聚糖的质量比为8～12:1。优选的是，所述吸附铅的材料的制备方法，所述壳聚糖经过了改性预处理：按上述质量比称取壳聚糖，将壳聚糖与醋酸钠混合后加入10～30mL质量分数为30～40％的醋酸水溶液中溶解得混合液，将混合液置于30～40℃下超声20～30min，然后向混合液中通入氮气10～15min，将混合液置于50～60℃密封状态下反应40～50min，得溶胶；将所述溶胶滴入50～80mL质量分数为10～20％的氢氧化钠水溶液中，20～30min后过滤除去氢氧化钠水溶液，得凝胶小球，将凝胶小球用水洗涤至中性，然后加入10～30mL的环氧氯丙烷溶液置于30～35℃条件下交联，然后水洗至中性，得交联小球，将所述交联小球加入10～30mL质量分数为50％的稀硫酸中进行振荡解吸，直至无钠离子检出，然后置于30～40mL质量分数为10～20％的氢氧化钠水溶液中浸泡20～30min，过滤后用水洗至中性，即得；其中，壳聚糖与醋酸钠的摩尔比为1:0.8。优选的是，所述吸附铅的材料的制备方法，所述壳聚糖-柠檬酸聚合物的重均分子质量为413200～554300。本专利技术至少包括以下有益效果：1、本专利技术采用来源广泛的壳聚糖及柠檬酸作为原材料，通过酰化反应制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸附铅的材料的制备方法，该材料为壳聚糖‑柠檬酸聚合物，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、称取柠檬酸，加入盛有蒸馏水的容器中，搅拌下加入次亚磷酸钠和壳聚糖，加热至60～150℃，搅拌反应4～5h后停止反应，得反应混合液；其中，所述柠檬酸、所述壳聚糖、所述蒸馏水和所述次亚磷酸钠的质量比为36:9～36:180～720:2～18；步骤二、向所述反应混合液中加入乙醇体积分数为85％的乙醇水溶液沉降，抽滤、收集滤饼，将滤饼置于60℃真空条件下干燥36h，研磨粉碎过100～120目筛即得所述壳聚糖‑柠檬酸聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种吸附铅的材料的制备方法，该材料为壳聚糖-柠檬酸聚合物，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、称取柠檬酸，加入盛有蒸馏水的容器中，搅拌下加入次亚磷酸钠和壳聚糖，加热至60～150℃，搅拌反应4～5h后停止反应，得反应混合液；其中，所述柠檬酸、所述壳聚糖、所述蒸馏水和所述次亚磷酸钠的质量比为36:9～36:180～720:2～18；步骤二、向所述反应混合液中加入乙醇体积分数为85％的乙醇水溶液沉降，抽滤、收集滤饼，将滤饼置于60℃真空条件下干燥36h，研磨粉碎过100～120目筛即得所述壳聚糖-柠檬酸聚合物。2.如权利要求1所述的吸附铅的材料的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸、所述壳聚糖、所述蒸馏水和所述次亚磷酸钠的质量比为18:7.2:144:1。3.如权利要求2所述的吸附铅的材料的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖的脱乙酰度为84.40％，重均分子质量为261000。4.如权利要求3所述的吸附铅的材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一的具体操作为：S1：按上述质量比称取柠檬酸、次亚磷酸钠、壳聚糖和蒸馏水，将次亚磷酸钠和壳聚糖分别均分为三等份，将柠檬酸和蒸馏水加入到容器中充分搅拌使其溶解，然后加入第一等份的次亚磷酸钠并加热至60～70℃，搅拌10～15min后加入第一等份的壳聚糖和第一份复合物，继续加热至80～90℃，搅拌反应20～30min；S2：将第二等份的次亚磷酸钠加入容器中，搅拌10～15min后加入第二等份的壳聚糖和第二份复合物，继续加热至90～100℃，搅拌反应20～30min；S3：将第三等份的次亚磷酸钠加入容器中，搅拌10～15min后加入第三等份的壳聚糖，继续加热至110～150℃，搅拌反应3h后停止，冷却至室...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈益明，崔文慧，靳婧，郭芹，李庆鹏，邓诏轩，
申请(专利权)人：中国农业科学院农产品加工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11