本发明专利技术属于生物高分子材料制备领域，涉及一种去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法。步骤如下：（1）将壳聚糖加入到乙酸水溶液中，搅拌得到均匀溶液；（2）加入EDC·HCl和巯基酸，避光反应4 h；（3）避光反应后，透析；（4）将巯基壳聚糖溶液倾入培养皿中，在冰箱冷冻3 h后放入冷冻干燥机持续冻干24 h；（5）放入NaOH溶液中浸泡，再用乙醇水溶液冲洗；（6）放培养皿中，再冷冻3 h后放入冷冻干燥机持续冻干24 h。本发明专利技术的优点是：（1）产物是多孔材料，增加了接触面积，提高吸附效率，且巯基的硫与重金属可以形成稳定的配合物；（2）工艺简单易行，原料来源充足，成本低，产品可用于水体中痕量二价镉离子的去除。
【技术实现步骤摘要】
一种去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法
本专利技术属于生物高分子材料制备领域，具体涉及一种去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法。
技术介绍
重金属离子为原子密度大于6g/cm3的离子，如Cr6+,Cu2+,Cd2+,Pb2+和Zn2+等。由于重金属离子的毒性和非生物降解性，重金属离子水污染已成为一个极为严重的环境问题。通常组织，细胞，器官或生物系统受到重金属离子毒性的影响程度取决于重金属离子本身性质和个体接触的程度。铜离子和锌离子只有浓度超过一定限度才会对人类和其他生物体产生危害，而二价镉离子本身为一种有毒重金属离子，通常在工业废水，特别是在电镀、冶炼、颜料、塑料制造、采矿、冶金、炼油等行业普遍存在，由于难以降解，二价镉离子被生物吸收并在体内积聚存储，最终通过食物链传递至人类，并对人体肾脏和骨骼造成严重损害。所以，如何去除废水中的镉离子在近十年来已被许多国家列为优先处理和严格监管的项目。目前已开发的几种去除有毒金属离子的处理技术，包括化学沉淀，离子交换，吸附，膜过滤，混凝-絮凝，浮选和电化学方法，但这些方法成本较高，广泛推广应用比较难。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，利用该方法可合成一种巯基壳聚糖泡沫，并且利用各种物理化学技术对吸附剂进行了表征，测试了合成样品的吸附性能，并根据XPS结果对吸附机理进行了研究。吸附法是一种较有前途的处理方法，虽然活性炭仍可谓最常用的吸附剂，但是使用生物源材料清除痕量重金属离子不仅效率高，且成本较低。吸附效率取决于吸附剂的表面积，表面形貌，孔径分布，及吸附剂表面功能基团的种类与极性。目前已经开发出众多多孔吸附剂，如巯基苯并噻唑改性纤维素，椰子壳，花生壳，壳聚糖，软体动物的壳，木质素和陈皮等，其都表现出从环境中去除重金属的不同效果。在这些吸附剂中，壳聚糖最受关注。壳聚糖[聚β(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖]优点包含三方面：首先，壳聚糖是甲壳素脱乙酰基产物，由水产加工副产物——虾壳、蟹壳等制备，它与甲壳素为含量仅次于纤维素的生物聚合物；其次，自然丰度高，可生物降解、生物相容性好、生物活性高以及无毒副作用等独特的性能，近年来壳聚糖及其衍生物在水处理领域已得到高度重视和广泛研究；第三，壳聚糖中含有大量的化学基团，如氨基和羟基，可添加相应功能基团至聚合物链中产生强相互作用。本专利技术采用两种方法来提高水体中镉离子的去除：合成多孔泡沫材料与引入巯基官能团。多孔材料可以增加重金属离子的接触面积从而提高吸附效率，巯基可与重金属，如汞、银、金、锌、镉等可以形成稳定的配合物。本专利技术为实现上述目的，采取的技术方案如下：一种去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：将壳聚糖加入到乙酸水溶液中溶解，经搅拌得到均匀溶液，所述的壳聚糖为高分子量壳聚糖或低分子量壳聚糖，所述高分子量壳聚糖与乙酸水溶液的质量比为0.6:100，所述低分子量壳聚糖与乙酸水溶液的质量比为1.4:100；步骤二：在均匀溶液中加入EDC·HCl和巯基酸，避光反应4h；所述EDC·HCl、巯基酸与均匀溶液三者的质量比为0.5:1:100；步骤三：避光反应完毕后，进行透析，透析时间为3d~10d，制得巯基壳聚糖溶液；步骤四：将所述巯基壳聚糖溶液倾入塑料培养皿中，于-80℃冰箱冷冻3h后放入冷冻干燥机持续冻干24h，完成一次冻干；步骤五：将完成一次冻干的巯基壳聚糖放入浓度为1M的NaOH溶液中浸泡3.5~4.5h，然后再用乙醇水溶液冲洗，使其pH=7；步骤六：将冲洗后的巯基壳聚糖放入培养皿中，在-80℃冰箱冷冻3h后放入冷冻干燥机持续冻干24h，完成二次冻干。本专利技术相对于现有技术的有益效果是：将巯基引入到天然高分子壳聚糖分子链中得到巯基壳聚糖，并通过冷冻干燥物理技术制得巯基壳聚糖泡沫材料。此方法工艺简单易行，原料来源充足，成本低，所得产品可用于水体中痕量二价镉离子的去除。产品为多孔材料，增加了和重金属离子的接触面积，可用于重金属离子的吸附，吸附二价镉离子能力49.07mg/g，是文献1报道的壳聚糖-MMA纳米粒子吸附剂的26.5倍（49.07mg/gvs1.84mg/g），文献2报道的Fe3O4碳多糖吸附剂的4.5倍（49.07mg/gvs10.7mg/g），文献3报道的离子印记硅胶混合吸附剂的1.5倍（49.07mg/gvs31.4mg/g）。附图说明图1为巯基壳聚糖泡沫制备过程示意图；图2为巯基壳聚糖泡沫图片；图3为巯基壳聚糖泡沫表面结构图；图4为断面结构扫描电镜图；图5为巯基壳聚糖泡沫吸附镉离子的平衡曲线图；图6为巯基壳聚糖泡沫吸附镉离子的机理图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：一种去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：步骤一：将壳聚糖加入到乙酸水溶液中溶解，通过搅拌得到均匀溶液，所述的壳聚糖为高分子量壳聚糖或低分子量壳聚糖，所述高分子量壳聚糖与乙酸水溶液的质量比为0.6:100，所述低分子量壳聚糖与乙酸水溶液的质量比为1.4:100；步骤二：在均匀溶液中加入EDC·HCl和巯基酸，避光反应4h；所述EDC·HCl、巯基酸与均匀溶液三者的质量比为0.5:1:100；步骤三：避光反应完毕后，进行透析，透析时间为3d~11d，制得巯基壳聚糖溶液；步骤四：将所述巯基壳聚糖溶液倾入塑料培养皿中，在-80℃冰箱冷冻3h后放入冷冻干燥机持续冻干24h，完成一次冻干；步骤五：将完成一次冻干的巯基壳聚糖放入浓度为1M的NaOH溶液中浸泡3.5~4.5h，然后再用乙醇水溶液冲洗，使其pH=7；步骤六：将冲洗后的巯基壳聚糖放入培养皿中，在-80℃冰箱冷冻3h后放入冷冻干燥机持续冻干24h，完成二次冻干。具体实施方式二：具体实施方式一所述的去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，步骤一中，在100mL烧杯中加入0.3g高分子量壳聚糖或0.7g低分子量壳聚糖，50mL去离子水，0.5g乙酸，然后保持70℃磁力搅拌2h，使高分子量壳聚糖或低分子量壳聚糖溶解，过滤掉未溶解部分后，冷却至室温。具体实施方式三：具体实施方式一所述的去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，步骤二中，先将0.24gEDC·HCl溶解在1mL去离子水中，然后再加入冷却后的壳聚糖乙酸溶液，混合均匀后再加入0.5g巯基酸，调节pH=5，继续搅拌，在室温下避光反应4h。具体实施方式四：具体实施方式一所述的去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，步骤三中，避光4h反应完毕后，用透析袋在5mMHCl体系中透析3d，在5mMHCl体系加入质量分数为1%的NaCl，继续透析6d，再把透析袋取出放入5mMHCl体系中，继续透析2d，整个透析过程在避光条件下于-4℃冰箱中进行。具体实施方式五：具体实施方式一所述的去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，步骤五中，浸泡时间为4h，冲洗时，先用浓度为98%(w/w)乙醇水溶液冲洗巯基壳聚糖，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：将壳聚糖加入到乙酸水溶液中溶解，通过搅拌得到均匀溶液，所述的壳聚糖为高分子量壳聚糖或低分子量壳聚糖，所述高分子量壳聚糖与乙酸水溶液的质量比为0.6:100，所述低分子量壳聚糖与乙酸水溶液的质量比为1.4:100；步骤二：在均匀溶液中加入EDC·HCl 和巯基酸，避光反应4h；所述EDC·HCl 、巯基酸与均匀溶液三者的质量比为1:2:200；步骤三：避光反应完毕后，进行透析，透析时间为3d~10d，制得巯基壳聚糖溶液；步骤四：将所述巯基壳聚糖溶液倾入塑料培养皿中，在‑80℃冰箱冷冻3h后放入冷冻干燥机持续冻干24h，完成一次冻干；步骤五：将完成一次冻干的巯基壳聚糖放入浓度为1M的NaOH溶液中浸泡3.5~4.5h，然后再用乙醇水溶液冲洗，使其pH=7；步骤六：将冲洗后的巯基壳聚糖放入培养皿中，在‑80℃冰箱冷冻3h后放入冷冻干燥机持续冻干24h，完成二次冻干。
【技术特征摘要】
1.一种去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：将壳聚糖加入到乙酸水溶液中溶解，通过搅拌得到均匀溶液，所述的壳聚糖为高分子量壳聚糖或低分子量壳聚糖，所述高分子量壳聚糖与乙酸水溶液的质量比为0.6:100，所述低分子量壳聚糖与乙酸水溶液的质量比为1.4:100；步骤二：在均匀溶液中加入EDC·HCl和巯基酸，避光反应4h；所述EDC·HCl、巯基酸与均匀溶液三者的质量比为1:2:200；步骤三：避光反应完毕后，进行透析，透析时间为3d~10d，制得巯基壳聚糖溶液；步骤四：将所述巯基壳聚糖溶液倾入塑料培养皿中，在-80℃冰箱冷冻3h后放入冷冻干燥机持续冻干24h，完成一次冻干；步骤五：将完成一次冻干的巯基壳聚糖放入浓度为1M的NaOH溶液中浸泡3.5~4.5h，然后再用乙醇水溶液冲洗，使其pH=7；步骤六：将冲洗后的巯基壳聚糖放入培养皿中，在-80℃冰箱冷冻3h后放入冷冻干燥机持续冻干24h，完成二次冻干。2.根据权利要求1所述的去除水中二价镉离子的低成本生物吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤一中，在100mL烧杯中加入0.3g高分子量壳聚糖或0.7g低分子量壳聚糖，50mL去离子水，0.5g乙酸，然后保持70...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍琴，杜娟，顾洪溪，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23
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