N羧甲基壳聚糖的制备及其对重金属离子吸附研究

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1、离子交换与吸附，2010，26(6)：559～564IONEXCHANGEANDADS0Rf10N文章编号：1001．5493(2010)06—0559．06N一羧甲基壳聚糖的制备及其对重金属离子吸附研究宋庆平王崇侠高建纲安徽工程大学生物与化学工程学院，芜湖241000摘要：采用氯乙酸和壳聚糖为原料制备了N．羧甲基壳聚糖，并研究了其对重金属离子Pb2+、Co2+、Ni2+、Cd的吸附行为。采用了XRD、FT-IR、H．NMR对N．羧甲基壳聚糖进行了表征，对N．羧甲基壳聚糖的4种金属离子配合物进行了FT-IR表征。结果表明，N．羧甲基壳聚糖对Pb2+、C

2、o2+、Ni2+、Cd2+的吸附能力优于壳聚糖，分子中羧基是主要的螯合基团。关键词：壳聚糖；N一羧甲基壳聚糖；吸附；重金属离子中图分类号：0652．6文献标志码：A1前言壳聚糖是一种广泛存在于自然界中可再生、无毒副作用、生物相容性和降解性良好的天然氨基多糖。由于壳聚糖含有活泼的羟基和氨基，可以和重金属离子发生螯合吸附而广泛应用于废水中重金属离子的处理J。近年来羧甲基壳聚糖作为一种水溶性壳聚糖的衍生物，由于含有较强的螯合重金属离子的基团一羧基而备受关注【2】。羧甲基壳聚糖根据羧基取代的位置分为0一羧甲基壳聚糖、N，O一羧甲基壳聚糖和N一羧甲基壳聚糖。国内

3、外关于O．羧甲基壳聚糖和N，O．羧甲基壳聚糖吸附重金属离子方面的文献报道较多，但有关N一羧甲基壳聚糖在吸附重金属离子方面的研究报道较少。N．羧甲基壳聚糖通常采用壳聚糖和乙醛酸生成席夫碱，然后用硼氢化钠还原制备【6】。本文对合成N一羧甲基壳聚糖的方法进行了改进，采用廉价的原料氯乙酸，控制反应介质在中性条件下，选择性地在氨基上发生羧甲基化反应制备N．羧甲基壳聚糖，应用于对重金属离子的吸附研究。2实验部分2。l试剂与仪器壳聚糖，脱乙酰度为90％，青岛金湖甲壳有限公司；NaOH，AR，上海光达化工试剂收稿日期：2009年l2月6日项目基金：安徽省教育厅自然科学

4、基金重点项目(2003kjOOSzd)作者简介：宋庆平(1977一)，男，安徽省人，硕士生，讲师．Email．adsqp@ahpu．edu．cn·56o·IonExchangeandAdsorption2010年12月厂；Pb(NO3)2，AR，上海山浦化学试剂公司；Co(CH3CO2)2．4H2O，AR，中国医药上海化学试剂公司；Ni(CH3CO2)2·4H20，AR，中国医药上海化学试剂公司；3CdSO4．8H2O，AR，上海化学试剂采购供应站；氯乙酸，AR，国药集团化学试剂有限公司。D8系列X射线衍射仪，中国丹东；BrukerAV．300spec

5、trometer，红外光谱仪；BrukerEQUINOX55，核磁光谱仪。2．2N．羧甲基壳聚糖的合成氯乙酸4g加入到30mL水中，取一定量的NaOH溶解在20mL水中，0．5h内将碱液全部加入到氯乙酸溶液中，调节混合溶液的pH等于7，然后将混合液及lg壳聚糖加入到三颈烧瓶中，磁力搅拌下恒温加热。反应过程中，每0．5h滴加少量10％Na2CO3中和反应生成的盐酸，控制反应介质的pH为7。反应2．55h后，过滤不溶反应物，用3倍体积的95％乙醇沉淀滤液，过滤出产物并用90％乙醇洗涤2次，最后用无水乙醇洗涤1次，产品干燥得到N一羧甲基壳聚糖。产品的取代度(

6、Ds)采用灰分法【71测定。方法如下：首先对产品进行精制提纯，将羧甲基壳聚糖溶于蒸馏水中，加入3倍体积的95％乙醇，析出羧甲基壳聚糖，过滤，90％乙醇洗涤至滤液无C1一为止(AgNO3溶液检验)，再用无水乙醇洗涤1次，抽滤至干，80℃真空干燥2h，放入密封袋中备用。然后精确称取0．2g样品转入镍坩埚中，置于马弗炉升温到400℃保温5min，再升温到700~C保温5min，冷却至室温，灰分移入锥形瓶中，加入50mL蒸馏水冲洗镍坩埚并加入到锥形瓶中。用移液管加入0．1mol／L的H2SO4标准溶液10mL，加热沸腾10min，再加2～3滴甲基红指示剂，用0

7、．1mol／LNaOH标准溶液滴定，中和过量的硫酸至红色变黄，以上滴定需做空白实验。最后根据下式计算取代度：羧甲基钠摩尔数——一161X+203Y=Wo一X／(，+=DD(脱乙酰度)式中：w为样品重；为羧甲基钠的质量；x为样品壳聚糖结构单元的摩尔数(相对分子量161)；Y为样品壳聚糖含乙酰氨基结构单元的摩尔数(相对分子量203)。2-3吸附实验称取硝酸铅、乙酸钴、醋酸镍、硫酸镉试剂，配置O．Olmol／L4种重金属离子溶液，并用0．01mol／L的EDTA标准溶液标定其准确浓度。分别将0．1g的壳聚糖及羧甲基壳聚糖产物加入到50mL的上述溶液中，室温吸

8、附24h。通过络合滴定的方法测定吸附后的浓度，计算壳聚糖及羧甲基壳聚糖对重金属离子的吸附量，公