CN104923172A

CN104923172A - 多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球及其制备方法和作为重金属吸附剂的应用

Info

Publication number: CN104923172A
Application number: CN201510317814.2A
Authority: CN
Inventors: 许平辉; 吴坤; 屈城乡; 王志伟; 臧淑峰; 宋小峰
Original assignee: Xinxiang Huilong Biological Technology Co Ltd
Current assignee: Xinxiang Huilong Biological Technology Co Ltd
Priority date: 2015-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明涉及一种多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球的制备方法，具体为：1）将2－6g海藻酸钠加入到200ml去离子水中，搅拌溶解至溶液呈均一状态；2）将1－3g聚谷氨酸加入到步骤1）制得的溶液中，持续搅拌至溶液呈均一状态；3）配制固定液：称取40－60g氯化钙溶于1000mL去离子水中，在所得氯化钙溶液中加入1－3mL含量50%的戊二醛；4）将4－6mL甲苯加入步骤2）所得的溶液中，搅拌均匀后将所得溶液滴入步骤3）所得固定液中，静置过夜；然后加入无水乙醇搅拌浸泡，过滤，颗粒经洗涤、真空干燥即得。本发明通过海藻酸钠包埋聚谷氨酸，借助甲苯的水不溶性在凝胶内部形成微小液滴，所得产品吸附重金属Pb效果佳。

Description

多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球及其制备方法和作为重金属吸附剂的应用

技术领域

本发明属于生物、环境工程材料技术领域，具体涉及一种多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球及其制备方法和作为重金属吸附剂的应用。

背景技术

近年来，随着机械制造、化工、电子、仪表、矿冶等工业的发展，含重金属废水被大量排放到地表水中。积累过量重金属的植物和被污染的饮用水，使重金属在人体内超量存在，给人们带来一系列可怕的疾病。因此，对重金属废水进行处理是必要也是必须的。现阶段常用的方法有：化学沉淀、电解、溶解萃取、离子交换、膜分离、吸附及生物（材料）吸附、生物絮凝和植物修复等。其中，生物材料吸附重金属因其成本低、吸附量大、浓度适用范围广、经济等优势，越来越受到研究者的重视，不断发展壮大。

海藻酸钠（C₆H₇O₆Na)_n主要由海藻酸的钠盐组成，包含L-甘露糖醛酸（M）和D-古罗糖醛酸（G）两个单元，由1,4-糖苷键连接而成的多糖。生物安全性高，具有形成凝胶和成膜的特性。尤其是海藻酸钠可以与二价阳离子（Mg²⁺除外）或者多价阳离子形成凝胶，具有一定的形状和机械强度。其内部包含的羧基基团具有螯合金属离子的能力，已有文献报道用于吸附溶液中的重金属离子，具有一定效果，不足之处是吸附容量较小。聚谷氨酸是一种水溶性、安全无毒、可生物降解的生物高分子物质。由谷氨酸单元通过α-氨基和γ-羧基形成肽键连接而成，分子量在50～1000KD，内部含有较海藻酸钠更大量的羧基基团。有鉴于此，利用海藻酸钠凝胶包埋聚谷氨酸，制得复合凝胶可能会对吸附量有较大提升。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球及其制备方法和应用，其制备操作简便，制得的凝胶球对重金属吸附能力有明显提升。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球的制备方法，其包括如下步骤：

1）制备海藻酸钠水溶物：将2－6g海藻酸钠加入到200ml去离子水中，搅拌溶解至溶液呈均一状态；

2）制备海藻酸钠-聚谷氨酸水溶物：将1－3g聚谷氨酸加入到步骤1）制得的溶液中，持续搅拌至溶液呈均一状态；

3）配制固定液：称取40－60g氯化钙溶于1000mL去离子水中，在所得氯化钙溶液中加入1－3mL 含量50%的戊二醛；

4）制备多孔海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶：将4－6mL甲苯加入步骤2）所得的溶液中，搅拌均匀后将所得溶液滴入步骤3）所得固定液中，静置12±2h；然后加入无水乙醇搅拌浸泡以去除颗粒表面及内部甲苯，过滤，颗粒经洗涤、真空干燥即得多孔海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶。

具体的，所述聚谷氨酸的分子量优选为800－1100KD。

采用上述方法制备所得的多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球。

采用上述方法制备所得的多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球作为重金属吸附剂的应用。

本发明中，海藻酸钠为化学纯，粘度范围在1.05～1.15Pa·s。甲苯选用分析纯试剂。步骤4）中，向固定液中滴加溶液时，应控制滴加过程中的滴加速率适中（以5滴/秒为佳），且将固定液置于磁力搅拌器内边搅拌边滴加，这样所得凝胶球颗粒粒度最佳。

与现有技术相比，本发明具有如下述优势：

a）本发明通过使用海藻酸钠包埋聚谷氨酸，借助甲苯的水不溶性在凝胶内部形成微小液滴，通过乙醇洗涤除去甲苯在凝胶内部留下的大量微孔隙，制得多孔复合凝胶球产品对重金属吸附效果明显提升。

b）本发明不需要特殊设备仪器，制备方法简单，反应条件温和可控，易于推广应用。

附图说明

图1为海藻酸钠（左）、多孔海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶球（右）的扫描电镜图；

图2为海藻酸钠（SA）、聚谷氨酸（PGA）、多孔海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶（SA-PGA）、海藻酸钠-聚谷氨酸吸附铅及解吸后凝胶红外光谱分析；由图中可以看出：PGA成功固定于SA凝胶中， SA-PGA能够吸附重金属Pb。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

1）制备海藻酸钠水溶物：称取4g海藻酸钠（SA）加入到200ml去离子水中，置于磁力搅拌器以1000rpm搅拌溶解至溶液呈均一状态（约需搅拌6小时）；

2）配制固定液：称取50g氯化钙溶于1000mL去离子水中，在所得氯化钙溶液中加入2mL 含量50%的戊二醛；

3）将步骤1）所得海藻酸钠溶液逐滴滴入步骤2）所得固定液中，以5滴/秒为佳，滴加完毕后静置过夜（12h）；过滤，凝胶颗粒用大量去离子冲洗去除表面Ca²⁺与Na⁺，再经真空干燥得海藻酸钠凝胶颗粒。将所得海藻酸钠凝胶颗粒进行如下检测。

1．产品形貌

取制得的海藻酸钠凝胶颗粒，分别采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察其外形，结果见图1中左侧的照片。

2．测定产品对重金属的吸附能力

将海藻酸钠凝胶颗粒置于去离子水中溶胀2小时，重复3次。然后称取相同质量产品投加于50mL 220mg/L氯化铅溶液中，150rpm下振荡3小时，测定上清中铅离子浓度。由下述公式计算吸附量。测试结果显示：吸附量为110.19mg/g。

Q=（C_i－C_e）V/m；其中，

C_i、C_e分别为初始、吸附平衡时溶液中的铅离子浓度（mg/L），

V为吸附体系体积（0.05L），m为产品干重（g）。

实施例2

1）制备海藻酸钠水溶物：将4g海藻酸钠（SA）加入到200g去离子水中，置于磁力搅拌器以1000rpm搅拌溶解至溶液呈均一状态（约需搅拌6小时）；

2）制备海藻酸钠-聚谷氨酸水溶物：将2g聚谷氨酸（PGA）加入到步骤1）制得的溶液中，持续搅拌至溶液呈均一状态；

3）配制固定液：称取50g氯化钙溶于1000mL去离子水中，在所得氯化钙溶液中加入2mL 含量50%的戊二醛；

4）将步骤2）中所得海藻酸钠-聚谷氨酸溶液逐滴滴入步骤3）所得固定液中，以5滴/秒为佳，滴加完毕后静置过夜（12h）；过滤，凝胶颗粒用大量去离子冲洗去除表面Ca²⁺与Na⁺，再经真空干燥得海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶球。

采用实施例1相同的方法检测所得海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶球对重金属的吸附能力，其重金属吸附量为249.05mg/g。

实施例3

1）制备海藻酸钠水溶物：将4g海藻酸钠加入到200ml去离子水中，置于磁力搅拌器以1000rpm搅拌溶解至溶液呈均一状态（约需搅拌6小时）；

2）制备海藻酸钠-聚谷氨酸水溶物：将2g聚谷氨酸加入到步骤1）制得的溶液中，持续搅拌至溶液呈均一状态；

4）制备多孔海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶：将5mL甲苯加入步骤2）所得的溶液中，搅拌均匀后将所得溶液滴入步骤3）所得固定液中，以5滴/秒为佳，滴加完毕后静置过夜（12h）；然后加入无水乙醇搅拌浸泡以去除颗粒表面及内部甲苯，过滤，颗粒经洗涤、真空干燥即得多孔海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶球。

所得多孔海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶球的产品形貌照片见图1中右侧的照片，采用实施例1相同的方法检测其对重金属的吸附能力，其重金属吸附量为298.86mg/g。

由上述实施例可以看出：实施例1中，不添加聚谷氨酸，所得产品的Pb吸附量仅为110.19mg/g；实施例2中添加了聚谷氨酸，所得产品的Pb吸附量提升至249.05mg/g；在实施例2的基础上，实施例3的制备过程中再加入甲苯，所得产品多孔海藻酸钠-聚谷氨酸凝胶球的Pb吸附量显著提升至298.86mg/g。

Claims

1.多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3）配制固定液：称取40－60g氯化钙溶于1000mL去离子水中，在所得氯化钙溶液中加入1－3mL 50%的戊二醛；

2.如权利要求1所述多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球的制备方法，其特征在于，所述聚谷氨酸的分子量800－1100KD。

3.采用权利要求1所述方法制备所得的多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球。

4.采用权利要求1所述方法制备所得的多孔海藻酸钠聚谷氨酸凝胶球作为重金属吸附剂的应用。