一种粒径可控的多孔磁性壳聚糖凝胶微球及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于原位共沉淀原理的粒径可控的多孔磁性壳聚糖凝胶微球及制备方法，包括以下主要步骤：1、Fe

A porous magnetic chitosan gel microsphere with controllable particle size and its preparation method

The invention provides a porous magnetic chitosan gel microsphere with controllable particle size based on in situ co precipitation principle and a preparation method thereof, which comprises the following main steps: 1, Fe

【技术实现步骤摘要】
一种粒径可控的多孔磁性壳聚糖凝胶微球及制备方法
本专利技术属于环境功能材料领域，涉及一种粒径可控的多孔磁性壳聚糖凝胶微球及制备方法。
技术介绍
重金属具有毒性大、难降解且易在生物体内富集等特点，对生态环境和人体健康造成了极大的危害[1]。目前，重金属废水处理方法主要有化学法、物理化学法、生物法[2]。其中，化学法和物理化学法处理效率较高，应用较为广泛[3]，但其存在二次污染且对低浓度重金属废水处理效果较差的局限。相比之下，生物吸附法以其处理效率高、反应彻底、无二次污染等优势逐渐受到研究人员关注[4]。利用壳聚糖等天然生物质材料富集去除水中低浓度重金属研究日趋活跃[5]。壳聚糖(Chitosan)是由自然界广泛存在的甲壳素经过脱乙酰作用所得到的产物，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖，是目前发现的唯一一种天然碱性多糖，也是自然界中仅次于纤维素的第二大可再生资源[6]。具有来源广泛、环境友好、易降解等优点[7]，在医药、食品、化工、环境等领域得到了广泛的应用[8]。作为典型的天然生物高分子，壳聚糖分子中大量氨基（C2位）、羟基（C6位）等活性基团，能通过螯合、离子交换或形成离子对等方式吸附富集水中的重金属[9]。由于壳聚糖在酸性溶液中易被质子化，形成的游离态氨基会失去对重金属的配位能力，直接影响壳聚糖对重金属的吸附效果。因此，研究人员尝试在特定条件下将壳聚糖进行分子内或分子间交联改性。壳聚糖交联产物不仅可以提高对重金属离子的吸附能力，也可明显改善壳聚糖自身的机械性能和酸溶性[10]，还可提高抗降解性，增强分子稳定性[11]。为了达到循环再利用的目的，提高吸附剂机械强度，近年磁性壳聚糖微球作为一种新型多功能复合材料已经被广泛应用到各个领域[12]。目前，磁性壳聚糖微球制备方法主要有简单包埋法、悬浮聚合法、乳液聚合法和分散共聚反应法等。这些方法大多对反应制备条件要求极高[13]，或需经过复杂制备流程完成凝胶微球的制备[14]，不仅制备成本高，而且在制备过程中需要用到的乳化剂、交联剂、引发剂等有毒有害的化学试剂[15]对环境存在着二次污染的潜在危害[16]。同时在实际应用中受吸附剂的形态限制，特定尺寸的吸附剂只适用于特定情况处理，并且由于耐酸性较差，不适于对酸性废水的处理，在应用中存在一定局限性。因此，选择一种对环境潜在危害小，成本低廉的方法制备出一种性能稳定、耐酸性较强、适用范围广、粒径可控的磁性壳聚糖凝胶微球是在天然生物质吸附剂制备领域亟需解决的重点和难点问题。参考文献：[1]胡曼,王香兰.改性壳聚糖对铅的吸附性能研究[J]安徽农业科学,2012,07:4208-4209+4212.[2]张军丽,张燕,潘庆才.合成壳聚糖/DNS杂化材料及吸附重金属Pb~(2+)的性能研究[J]应用化工,2011,02:225-228.[3]化学工业部环境保护设计技术中心站,化工环境保护设计手册[M],第6卷.1998:北京：化学工业出版社.[4]李建珍,郝领弟.高效脱除水中重金属离子吸附剂新体系研究进展[J],食品研究与开发,2010,09:215-218.[5]臧运波,武耐英.壳聚糖及其衍生物对重金属离子吸附性能的影响[J],湖北农业科学,2013,01:5-8+18.[6]李伟,邬晓蒙,安国荣.N-羧甲基壳聚糖对铬离子的吸附研究[J],青海科技,2011,03:68-70.[7]MajetiN,R.K.V.Areviewofchitinandchitosanapplications[J],ReactiveandFunctionalPolymers,2000.46,1:1-27.[8]冯利凡,程爱华,刘艳妮.交联壳聚糖吸附重金属离子的研究与应用[J],中国资源综合利用,2012,11:46-50.[9]Nan,L.B.Renbi.Anovelamine-shieldedsuifacecross-linkingofchitosanhydrogelbeadsforenhancedmetaladsorptionperformance[J],ReactiveandFunctionalPolymers,2005,44:6692-6700.[10]石光,袁彦超,陈炳稔等.交联壳聚糖的结构及其对不同金属离子的吸附性能[J],应用化学,2005,02:195-199.[11]邢云,李素娟,李步海.交联壳聚糖对常见金属离子的吸附性能及机理探讨[J],冶金分析,2014,09:58-65.[12]XiaowangLiu,Q.H.,ZhenFang,XiaojunZhang,andBeibeiZhang,Magneticchitosannanocompositesausefulrecyclabletoolforheavymetalionremoval[J].Langmuir,2009.25(1):3-8.[13]Zhou,L.,etal.,Adsorptionofplatinum(IV)andpalladium(II)fromaqueoussolutionbymagneticcross-linkingchitosannanoparticlesmodifiedwithethylenediamine[J].JHazardMater,2010.182(1-3):518-24.[14]Vo,D.-T.,C.G.Whiteley,andC.-K.Lee,HydrophobicallyModifiedChitosan-GraftedMagneticNanoparticlesforBacteriaRemoval[J].Industrial&EngineeringChemistryResearch,2015.54(38):p.9270-9277.[15]Bagheri,M.,etal.,Applicationofchitosan-citricacidnanoparticlesforremovalofchromium(VI)[J].IntJBiolMacromol,2015.80:431-44.[16]Mi,F.L.,S.J.Wu,andY.C.Chen,Combinationofcarboxymethylchitosan-coatedmagneticnanoparticlesandchitosan-citratecomplexgelbeadsasanovelmagneticadsorbent[J].CarbohydrPolym,2015.131:255-63.。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种粒径可控多孔磁性壳聚糖凝胶微球制备方法。该凝胶微球可以作为废水中重金属离子吸附剂，其内部多孔结构明显，耐酸性强，制备与处理成本低，再生性能良好，处理效果理想。本专利技术通过以下技术方案予以实现：以Fe2+，Fe3+掺杂壳聚糖溶液制备前驱诱导预凝胶；借助壳聚糖与金属离子的螯合作用使Fe2+、Fe3+均匀分散，然后经碱化处理后壳聚糖发生固化，利用原位共沉淀原理形成纳米级Fe3O4；同时离子型交联剂柠檬酸钠与壳聚糖发生交联反应，形成多孔结构。所述多孔磁性壳聚糖凝胶球，纳米级Fe3O4均匀分散在壳聚糖凝胶微球的网状结构中，使其具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粒径可控的多孔磁性壳聚糖凝胶微球及其制备方法，其特征在于以壳聚糖为基材，以柠檬酸钠为离子型交联剂，通过原位共沉淀法形成Fe3O4并均匀的分布于壳聚糖网络结构中；所述壳聚糖凝胶微球具有良好的磁感应强度与明显的多孔结构，其粒径可以根据需要控制在100~5000μm。

【技术特征摘要】
1.一种粒径可控的多孔磁性壳聚糖凝胶微球及其制备方法，其特征在于以壳聚糖为基材，以柠檬酸钠为离子型交联剂，通过原位共沉淀法形成Fe3O4并均匀的分布于壳聚糖网络结构中；所述壳聚糖凝胶微球具有良好的磁感应强度与明显的多孔结构，其粒径可以根据需要控制在100~5000μm。2.如权利1所述，基于多孔磁性壳聚糖凝胶微球的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）室温常压下，将壳聚糖溶于2wt%醋酸溶液中，充分搅拌30min；（2）配制一定摩尔比的Fe2+和Fe3+混合溶液，加入到壳聚糖溶液中持续搅拌30min制备前驱诱导溶胶；（3）将步骤（2）中混合溶液用蠕动泵逐滴滴入碱性浸泡溶液中，共沉淀生成Fe3O4，溶胶固化与交联反应同时发生，生成壳聚糖凝胶微球；（4）通过外加磁场分离磁性凝胶微球，用去离子水冲洗至pH6~7，储存于超纯水中备用。3.如权利要求2中制备方法所述，其特征在于，步骤（1）中优选质量分数大于3.0×105g/mol-1、脱乙酰度为大于80%的壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲生彦，马慧，朱榕鑫，徐柳，邓代莉，
申请(专利权)人：成都理工大学，蒲生彦，
类型：发明
国别省市：四川,51