热凝胶-EDTA衍生物及制备方法和在金属离子吸附中的应用技术

本发明专利技术公开了一种热凝胶‑EDTA衍生物及制备方法和在金属离子吸附中的应用。本发明专利技术通过将热凝胶溶解于二甲基亚砜中，加入乙二胺四乙酸二酐和催化剂，反应得到热凝胶‑EDTA衍生物。本发明专利技术的热凝胶‑EDTA衍生物作为新型结构多糖化合物，结构稳定，环境相容性好，不溶于水和常见有机溶剂，便于使用和回收，应用环境广泛。作为吸附剂使用，热凝胶‑EDTA衍生物能够对水中常见金属离子实现高效和大容量吸附。

Thermal gelatin -EDTA derivatives and their preparation and application in metal ion adsorption

【技术实现步骤摘要】
热凝胶-EDTA衍生物及制备方法和在金属离子吸附中的应用
本专利技术属于糖化学
，涉及一种热凝胶-EDTA衍生物及制备方法和在金属离子吸附中的应用。
技术介绍
重金属污染水体包括矿产资源重金属污水、工业重金属污水、农药重金属污水等，普遍存在难以消除以及危害性较大的特点。目前处理重金属污染废水的常用方法包括化学沉淀法和物理吸附法。化学沉淀法是利用化学反应使重金属离子与特定化合物结合形成相应的沉淀，然后借助沉降等方法回收并集中处理沉淀，以减少水体中的重金属离子含量。但是该方法严重依赖化学反应计量关系，条件偏差容易造成再次污染。物理吸附法主要依靠投放在污染水体中的吸附剂对重金属离子的捕集作用以降低金属离子浓度。常见吸附剂有氧化铝，活性炭等。氧化铝吸附能力较强，但是制作工艺较为复杂，且依赖矿产，对环境不友好。活性炭颗粒表面积较大，对金属离子具有很强的吸附能力。但是活性炭在有机溶剂和碱性溶液中的吸附效果较差，并且颗粒密度低、解吸附困难，使得其应用成本偏高。热凝胶，又名可德兰多糖、凝结多糖、可得然胶，英文名称curdlan，是一种食用安全的水不溶性β-1,3-葡聚糖，具有多羟基结构。热凝胶现已经被广泛应用于食品工业各个领域，如作为稳定剂、凝固剂、增稠剂、持水剂、粘合剂、成膜剂等用于肉类食品、面类食品、水产食品、烘烤食品、冷冻食品、油炸食品、低热能食品(减肥食品)等的制作中，但是在吸附领域尚未应用。乙二胺四乙酸(EDTA)是一种广泛使用的高效金属螯合剂，能够与几乎所有二价和高价态金属离子形成络合物或螯合物。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种能够高效吸附金属离子的热凝胶-EDTA衍生物(curdlan-EDTA)。本专利技术所述的热凝胶-EDTA衍生物，其结构通式如下：但R不全为-H或本专利技术的目的之二在于提供上述热凝胶-EDTA衍生物的制备方法，利用化学修饰方法将EDTA与热凝胶羟基共价结合，具体步骤如下：将热凝胶溶解于二甲基亚砜中，加入乙二胺四乙酸二酐和催化剂，在25～85℃下搅拌反应，反应结束后，加入水或者碱性溶液以终止反应，过滤或者离心收集沉淀，水洗除去未反应物，收集水洗产物，干燥得到热凝胶-EDTA衍生物。本专利技术中，所述的热凝胶的浓度不影响衍生物的合成，所述的热凝胶的浓度可以为0.5～50g/L，优选为5～30g/L。本专利技术中，所述的乙二胺四乙酸二酐和催化剂添加的先后顺序对结果没有影响。本专利技术中，所述的热凝胶与乙二胺四乙酸二酐的质量比为1:0.1～10，优选为1:1～10，更优选为1：3～10。本专利技术中，所述的催化剂为冰乙酸或4-二甲氨基吡啶。本专利技术中，所述的反应温度优选为45～65℃。本专利技术中，所述的反应时间为0.5～24小时，优选为4～12小时。本专利技术中，加入水或者碱性溶液的体积为反应液的1～5倍，优选为2～3倍。本专利技术中，所述的碱性溶液为pH7～13的碳酸钠缓冲液，pH优选为8.5～10.5。本专利技术中，水洗次数为1～5次，优选为2～3次。本专利技术的目的之三在于提供上述热凝胶-EDTA衍生物作为金属离子吸附剂的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术首次将热凝胶应用于金属离子吸附剂。热凝胶-EDTA衍生物作为新型结构多糖化合物，结构稳定，环境相容性好，不溶于水和常见有机溶剂，便于使用和回收，应用环境广泛。作为吸附剂使用，热凝胶-EDTA衍生物能够对水中常见金属离子实现高效和大容量吸附。附图说明图1是实施例1热凝胶-EDTA衍生物(curdlan-EDTA)固态13CNMR谱与热凝胶固态13CNMR谱比较图。图2是实施例2热凝胶-EDTA衍生物(curdlan-EDTA)红外吸收光谱与热凝胶红外吸收光谱比较图。具体实施方式下面通过实施例和附图对本专利技术作进一步说明。实施例1热凝胶-EDTA衍生物的制备过程：将0.1g热凝胶粉末溶解于9mL二甲基亚砜中。加入1mL冰乙酸作催化剂和0.3g乙二胺四乙酸二酐，在50℃水浴下，搅拌反应12h。加入25mL蒸馏水终止反应，离心回收沉淀。向沉淀中加入10mLpH9.5的碳酸钠缓冲液，震荡并离心回收沉淀，重复1次。将沉淀放入烘箱中，60℃烘干，得到热凝胶-EDTA衍生物。本实施例得到的热凝胶-EDTA衍生物的产率为52.6％，其固态13CNMR谱与热凝胶固态13CNMR谱比较见图1。其中，177.0-181.0ppm为C＝O基团中C的典型化学位移，40.5ppm为-CH2-结构中C的典型化学位移，105.5ppm为葡萄糖苷中β构象C1异头碳化学位移，90.8ppm为C3化学位移，73.1ppm为C5，C2，C4化学位移，62.8ppm为C6化学位移，上述典型化学位移数值符合热凝胶-EDTA衍生物结构特征。实施例2热凝胶-EDTA衍生物的制备过程：将0.1g热凝胶粉末溶解于10mL二甲基亚砜中，加入20mg4-二甲氨基吡啶作催化剂，再加入0.3g乙二胺四乙酸二酐，在50℃水浴下，搅拌反应4h。加入25mL蒸馏水终止反应，离心回收沉淀。向沉淀中加入10mLpH9.5的碳酸钠缓冲液，震荡并离心回收沉淀，重复1次。将沉淀放入烘箱中，60℃烘干，得到热凝胶-EDTA衍生物。本实施例得到的热凝胶-EDTA衍生物的产率为51.4％，其红外光谱与热凝胶红外光谱比较见图2。热凝胶-EDTA衍生物吸收光谱新增4个和热凝胶差异明显的峰，其中1737.07cm-1为酯键中C＝O伸缩振动峰，1329.20cm-1为酯键中C-O-C伸缩振动峰。1583.75cm-1为羧酸盐C＝O反对称伸缩振动峰，1402.48cm-1为羧酸盐C＝O对称伸缩振动峰。上述典型吸收峰符合热凝胶-EDTA衍生物结构特征。实施例3本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的热凝胶与乙二胺四乙酸二酐的质量比为1:0.1，其产率为1.7％。实施例4本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的热凝胶与乙二胺四乙酸二酐的质量比为1:10，其产率为52.2％。实施例5本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的热凝胶与乙二胺四乙酸二酐的质量比为1:1，其产率为35.7％。实施例6热凝胶-EDTA衍生物对水中铜离子(Cu2+)吸附实验：配制1000mL硫酸铜溶液，使铜离子浓度为100mg/L。向溶液中加入1.0g热凝胶-EDTA衍生物粉末，搅拌混匀进行吸附实验，在0min、5min、20min、60min、1.5h、3h、6h时取样，测得上清的铜离子浓度结果如表1所示。表1铜离子吸附实验数据从表1结果可知，本专利技术的热凝胶-EDTA衍生物对水中铜离子有明显的吸附作用。实施例7热凝胶-EDTA衍生物对水中铅离子(Pb2+)吸附实验：配制1000mLpH5.8的乙酸钠缓冲溶液，加入乙酸铅粉末，使铅离子浓度为500mg/L。向溶液中加入1.0g热凝胶-EDTA衍生物粉末，搅拌混匀进行吸附实验，在0min、5min、20min、60min、1.5h、3h、6h时取样，测得上清的铅离子浓度结果如表2所示。表2铅离子吸附实验数据从表2结果可知，本专利技术所制得的热凝胶-EDTA衍生物对水中铅离子有明显的吸附作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热凝胶‑EDTA衍生物，结构通式如下：

【技术特征摘要】
1.热凝胶-EDTA衍生物，结构通式如下：但R不全为-H或2.根据权利要求1所述的热凝胶-EDTA衍生物的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：将热凝胶溶解于二甲基亚砜中，加入乙二胺四乙酸二酐和催化剂，在25～85℃下搅拌反应，反应结束后，加入水或者碱性溶液以终止反应，过滤或者离心收集沉淀，水洗除去未反应物，收集水洗产物，干燥得到热凝胶-EDTA衍生物。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的热凝胶的浓度为0.5～50g/L，所述的热凝胶与乙二胺四乙酸二酐的质量比为1:0.1～10。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的热凝胶的浓度为5～30g/L，所述的热凝胶与乙二胺四乙酸二酐的质量比为1:1～10。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，朱庭锐，赵一涵，付任杰，张涛，张建法，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32