一种仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于水处理技术领域，尤其涉及一种仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂及其制备方法与应用。本发明专利技术将磁性壳聚糖微粒(FCS)分散在三羟甲基氨基甲烷(Tris

【技术实现步骤摘要】
一种仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂及其制备方法与应用
[0001]本申请是申请日为2021年03月17日、申请号为202110286254.4、专利技术名称为《一种仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂的制备方法与应用》的分案申请。


[0002]本专利技术属于水处理
，尤其涉及一种仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0003]近年来，随着工业发展和人类自身活动的增加，大量含有重金属污染物的工业废水和城市生活污水被排入江河湖泊。全球每年排放到环境中的有毒重金属高达数百万吨，其中砷为12.5万吨，铬为3.9万吨，铜为14.7万吨，汞为1.2万吨，铅为34.6万吨，镍为38.1万吨，并且呈逐年上升的趋势。重金属会使生物蛋白质变性，影响人体和动物生理机能，重金属还会污染土壤和水体对动植物产生危害，重金属在食物链中会不断地富集，浓度逐渐增加，毒性具有长期性，最终影响到人类健康。此外，对重金属废水的排放标准要求也越来越严格，如何有效地治理重金属造成的水体污染并设法将有价金属回收再利用已成为当下亟待解决的问题。
[0004]目前，常用的处理水中重金属的方法有化学沉淀法、电解法、离子交换、膜分离法、蒸发浓缩、吸附法及氧化还原法等，其中，吸附去除法因成本低、工艺简单且高效而被广泛使用。壳聚糖富含氨基和羟基，是一种天然氨基多糖，具有生物降解性、生物相容性和生物粘附性，是一种优良的吸附材料。但是，壳聚糖在酸性条件下溶解，稳定性差、机械强度低、官能团数量有限和使用后难以分离回收等缺点严重限制了它的使用。近年来，人们对壳聚糖的改性的研究颇多。其中，对磁性壳聚糖的研究较为广泛。由于引入了具有磁性的Fe3O4，不仅增强了壳聚糖的稳定性，而且由于Fe3O4具有磁性，能实现快速的分离。
[0005]但壳聚糖交联后会大大降低壳聚糖活性基团的数量，从而降低对重金属离子的吸附性能，可通过二次反应，在磁性壳聚糖微球上增加有机官能团。
[0006]贻贝是一种常见的海洋生物，在高盐度、高pH的海水环境中，仍能够稳固附着于礁石、木材等固体的表面。1983年，Waite通过对贻贝足盘黏附性能的研究，发现贻贝足丝特有的黏附特性主要来自于L
‑
多巴(L
‑
DOPA)和赖氨酸残基。2007年，Messersmith等利用多巴胺在含氧的弱碱性水溶液里发生氧化自聚的反应机制，首次制备出具有超强黏附性能的聚多巴胺涂层。自此，多巴胺仿生改性技术向多元化发展，广泛应用于生物医药、能源及功能材料等领域。近年来，在环境领域，利用多巴胺丰富的官能团及强黏附涂层特性对基体材料进行界面改性也逐步成为重点研究领域之一，通过改性可对水中重金属实现深度吸附和催化氧化，应用于污染水体的净化与修复。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂的制备方法，不仅解决现有壳聚糖交联后会降低壳聚糖活性基团数量的问题，还提供了很强的黏附性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂的制备方法，方法为将磁性壳聚糖微球均匀分散于三羟甲基氨基甲烷(Tris
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HCl缓冲液)中，摇匀后加入一定量质量比的盐酸多巴胺(PDA)于上述溶液中进行反应，然后用无水乙醇和去离子水依次洗涤，干燥后得到仿生聚合物包裹磁性生物聚合吸附材料。
[0010]作为优选，将磁性壳聚糖微球按质量体积比1mg：1mL分散于三羟甲基氨基甲烷(Tris
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HCl缓冲液)中。为了给仿生包裹反应创造液体环境，盐酸多巴胺和磁性壳聚糖微球的接触提供充分的空间质量体积比过大或过小，都会使接触不均匀或接触不充分，吸附效果不稳定。
[0011]作为优选，所述三羟甲基氨基甲烷(Tris
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HCl缓冲液)调节pH为8.5给仿生包裹反应创造一个良好的pH环境。
[0012]作为优选，盐酸多巴胺与磁性壳聚糖的质量比为PDA：CS＝1：4、2：4、3：4、4：4、5：4、6：4、7：4、8：4、9：4。聚合单体的数量决定了聚合率，单体量少，聚合率低，吸附反应效果不好，不能达到改性的目的，单体数量多，容易发生自聚反应，反而降低包裹量，从而影响吸附效果。
[0013]作为优选，反应时间为2～4h。聚合反应时间太长，会影响聚合率，使聚合率降低。
[0014]作为优选，所述磁性壳聚糖微球的制备方法为将磁性纳米颗粒均匀分散于质量浓度为0.035g～0.045g/mL的壳聚糖溶液中，其中磁性Fe3O4纳米颗粒与壳聚糖的质量比为0.3g：0.6g。然后将所述壳聚糖溶液滴加至环己烷和司班80的混合液中，混合均匀后，向所述混合液中加入戊二醛，在30～70℃经交联反应制备得到磁性壳聚糖微球。
[0015]作为优选，环己烷的体积与壳聚糖的质量比为76mL：0.6g，司班80的体积与壳聚糖的质量比为0.5mL：0.6g。环己烷和司班的用量太多或太少，会使制备的微球不均匀。作为优选，戊二醛的体积与壳聚糖的质量比为0.38mL：0.6g，交联反应时间为1～4h。
[0016]本专利技术方法制备的吸附剂可用于重金属离子Cu
2+
、CrO
42
‑
污染水体的处理，吸附完成后，可通过外加磁场实现分离，还可在碱性条件下解吸，解吸后的吸附剂仍可用于重金属废水的吸附。
[0017]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0018](1)本专利技术制备的仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂表面粘附黏附性强、活性位点丰富，对重金属废水吸附容量大，吸附速率快，吸附量和吸附速率都远高于壳聚糖磁性微粒，大大提高了壳聚糖磁性微粒的吸附性能。
[0019](2)本专利技术制备的仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂具有两性，对阳离子重金属铜和阴离子重金属铬都有不错的吸附能力。
[0020](3)本专利技术制备的仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂尺寸均一，形貌规整，在环境中易生物降解，易回收，可循环使用，经多次吸附解吸仍具有较好的吸附效果，实现了吸附剂的再生利用。
[0021](4)本专利技术解决了壳聚糖与四氧化三铁交联后活性基团数量降低的问题。多巴胺通过氧化自聚作用形成黏附力极强的聚多巴胺，涂覆在各种基体表面，经过多巴胺改性后的基体表面存在氨基、亚氨基、邻苯二酚等功能基团，这些基团在适当溶液环境中能够发生迈克尔加成反应、席夫碱反应，增加了基体材料的络合能力、还原能力并提供了更多的吸附位点。
附图说明
[0022]图1为实施例1中制备的PDA
‑
Fe3O4@CS的扫描电镜图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0024]本专利技术实施例中使用的磁性Fe3O4纳米颗粒的粒径为20～80nm。
[0025]实施例1：
[0026]本实施例仿生聚合物包裹的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生聚合物包裹的壳聚糖磁性吸附剂的制备方法，其特征在于，将磁性壳聚糖微球按质量体积比1mg：1mL分散在三羟甲基氨基甲烷中，摇匀后加入盐酸多巴胺于上述溶液中进行聚合反应，然后用无水乙醇和去离子水依次洗涤，干燥后得到聚多巴胺包裹的磁性壳聚糖吸附剂；所述三羟甲基氨基甲烷为Tris
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HCl缓冲液；所述Tris
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HCl缓冲液为20mmol/L、pH为8.5的溶液；所述盐酸多巴胺与磁性壳聚糖微球的质量比为1：4、2：4、3：4、5：4、6：4、7：4；所述聚合反应时间为2～4h；所述磁性壳聚糖微球的制备方法为：(1)将0.6g壳聚糖溶于15mL质量分数为1％的醋酸中，以600转的速度搅拌3小时，搅拌完成后加入0.3g磁性四氧化三铁纳米颗粒，两者混合继续搅拌0.5小时得到混合均匀的分散液；(2)取76mL环己烷于250mL三颈烧瓶中，在剧烈搅拌下加入0.5mL司班80，持续搅拌0.5小...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑怀礼，赵瑞，钟政，冮沁彦，丁魏，万鑫源，胡超，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：