CN112591839A - 一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法 - Google Patents
一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112591839A CN112591839A CN202011241822.0A CN202011241822A CN112591839A CN 112591839 A CN112591839 A CN 112591839A CN 202011241822 A CN202011241822 A CN 202011241822A CN 112591839 A CN112591839 A CN 112591839A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chitosan
- solution
- copper ions
- water
- reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 title claims abstract description 103
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 58
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 27
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 45
- 235000019830 sodium polyphosphate Nutrition 0.000 claims abstract description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 241000238565 lobster Species 0.000 claims abstract description 28
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 11
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 10
- 229920002101 Chitin Polymers 0.000 claims description 8
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 4
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 claims description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- 239000003599 detergent Substances 0.000 claims description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 3
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 claims description 3
- JYYOBHFYCIDXHH-UHFFFAOYSA-N carbonic acid;hydrate Chemical compound O.OC(O)=O JYYOBHFYCIDXHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 abstract description 32
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 8
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010842 industrial wastewater Substances 0.000 abstract description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 82
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 18
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 10
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O thiamine pyrophosphate Chemical compound CC1=C(CCOP(O)(=O)OP(O)(O)=O)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N AYEKOFBPNLCAJY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 3
- 241000238557 Decapoda Species 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 208000004998 Abdominal Pain Diseases 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 208000014644 Brain disease Diseases 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010016654 Fibrosis Diseases 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010047700 Vomiting Diseases 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 208000007502 anemia Diseases 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007882 cirrhosis Effects 0.000 description 1
- 208000019425 cirrhosis of liver Diseases 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 230000006196 deacetylation Effects 0.000 description 1
- 238000003381 deacetylation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000013400 design of experiment Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 210000002249 digestive system Anatomy 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000013401 experimental design Methods 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000012637 gene transfection Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000007709 nanocrystallization Methods 0.000 description 1
- 229930014626 natural product Natural products 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000008213 purified water Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 230000008673 vomiting Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/286—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using natural organic sorbents or derivatives thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
- B01J20/24—Naturally occurring macromolecular compounds, e.g. humic acids or their derivatives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
- B01J20/28014—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
- B01J20/28016—Particle form
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2101/00—Nature of the contaminant
- C02F2101/10—Inorganic compounds
- C02F2101/20—Heavy metals or heavy metal compounds
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
本发明涉及一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，配制壳聚糖的1%（v/v）醋酸溶液；第二步，配制多聚磷酸钠溶液；第三步，向壳聚糖的1%（v/v）醋酸溶液中滴加15%的氢氧化钠溶液，调节pH值，然后边搅拌边滴加多聚磷酸钠溶液，向反应体系中加入含铜废水，搅拌充分反应，反应时间为1‑3小时，加入含铜废水的体积根据废水中铜离子的含量确定；第四步，将反应液进行过滤，计算铜离子的去除率。龙虾壳经常是被作为废料丢弃，通过一系列的操作提取壳聚糖，利用其对重金属的吸附性能，有效去除工业废水中的重金属离子。通过改性加强壳聚糖对铜离子的吸附，且其完全可以被生物降解，不会造成环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及天然产物提取和应用技术领域，具体涉及一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法。
背景技术
龙虾壳中含有丰富的甲壳素和蛋白质，是一种不可多得的天然生物资源，具有很大的应用价值。海洋蟹、虾的外壳是提取壳聚糖的主要原料。壳聚糖是从龙虾壳提取的甲壳素经过脱乙酰基后的产物，其分子链中存在大量的羟基、氨基等功能团，对金属离子有较好的吸附和配位能力，能选择性吸附锰、铜、镍、银等金属离子。壳聚糖呈弱碱性，有很强的亲水性，在中性和碱性环境下稳定，可与盐酸和醋酸等无机和有机酸合成盐，故通常使用1％～3％的醋酸缓冲液作为壳聚糖溶液的溶剂，而且可被人体吸收。利用壳聚糖对金属离子的吸附作用，在环境保护和水处理等领域有广泛的应用前景。
铜是与人类关系十分密切相关的有色金属，对于生物而言，是必需元素。所以人体缺乏铜会引起贫血、毛发异常、骨和动脉异常，以至于脑障碍，但当人体摄入过量的铜后，就会刺激消化系统，引起腹痛、呕吐，长期过量摄入可造成肝硬化。
同时铜被广泛的作为内芯的导线应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。随着冶金工业和电子工业的发展，产生了大量的铜粉洗涤废水、电镀废水。吸附法处理重金属废水，并将现有的吸附剂改性提高其吸附性能，成为近年来研究的热点。
壳聚糖微粒的制备方法有共价交联法、乳滴聚结法、离子凝胶法等。采用离子凝胶法制备壳聚糖纳米微粒，是制备壳聚糖纳米微粒的一种简单、迅速的方法，该方法反应条件温和，因为无需使用有机溶剂，且能得到坚固、稳定性好、粒径均匀的壳聚糖纳米微粒，改性后的壳聚糖对铜离子的吸附效果显著提高。壳聚糖纳米微粒(CTS-NP)较为广泛的应用于人工器官、药物运输、基因转染及免疫预防等。
龙虾壳经常是被作为废料丢弃，通过一系列的操作提取壳聚糖使其变废为宝，利用其对重金属的吸附性能，有效去除工业废水中的重金属离子。通过改性加强壳聚糖对铜离子的吸附，且其完全可以被生物降解，不会造成环境污染。本专利中壳聚糖可以作为重金属离子捕集剂，有效去除工业废水中的重金属离子。此外，壳聚糖可以完全被生物降解，不造成环境污染。与壳聚糖相比，壳聚糖微粒具有颗粒直径小、比表面积大、方便分离回收等优点，对于处理含有较高浓度金属离子的废水有较大的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用壳聚糖纳米微粒有效清除水中铜离子的方法。本发明另一目的是将壳聚糖进行纳米化改造，从而对废水净化具有一定的现实意义。
一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，包括如下步骤：
第一步，配制壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液：将壳聚糖粉末溶于1％(v/v)醋酸溶液，形成壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液；
第二步，配制多聚磷酸钠溶液：将多聚磷酸钠固体加入纯水中，充分搅拌形成多聚磷酸钠溶液；
第三步，向壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液中滴加15％的氢氧化钠溶液，调节pH值，然后边搅拌边滴加多聚磷酸钠溶液，向反应体系中加入含铜废水，搅拌充分反应，反应时间为1-3小时，加入含铜废水的体积根据废水中铜离子的含量确定；
第四步，将步骤三充分反应的反应液进行过滤，测定滤液中铜离子的含量，计算铜离子的去除率。
进一步地，在所述的第三步中，调节pH值至4-6，优选地，pH值为5。
进一步地，在所述的第三步中，壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液与多聚磷酸钠溶液的体积比为6:1。
进一步地，在所述的第三步中，多聚磷酸钠溶液的滴加速度为20-40滴/min。
进一步地，在所述的第三步中，反应时间为2小时。
所述的壳聚糖粉末是通过以下方法制备得到的，具体包括：步骤一，预处理龙虾壳；
步骤二，酸碱法制备壳聚糖粉末。
进一步地，在所述的步骤一中，剥好的龙虾壳适量放入水中，加入碳酸钠和洗洁精；浸泡两小时，期间反复搅拌；用纯水反复清洗干净后，将龙虾壳扳开成片状，铺平在盘子内，放入电热鼓风干燥箱中干燥，用粉碎机粉碎成末，用封装袋密封置冰箱备用。
进一步地，在所述的步骤二中，称取步骤一中粉碎好的龙虾壳，将粉碎好的龙虾壳放入9％盐酸溶液，边倒入边搅拌，直至充分反应，并置于恒温水浴锅控制温度45℃，反应15小时；将反应溶液拿出并清洗至溶液中性，过滤；将用9％盐酸溶液处理过的龙虾壳放入15％的氢氧化钠的溶液，在75℃恒温水浴反应3小时；取出清洗至中性，制得甲壳素；将甲壳素用50％氢氧化钠反应，在沸水浴加热8～10小时脱去乙酰基，蒸馏水洗涤至中性，过滤，水洗烘干，得到壳聚糖粉末。
本发明的有益效果为：本发明用废弃的龙虾壳作为原料来制备壳聚糖纳米颗粒，用于除去废水中的铜离子，经简单处理，废水中的铜离子的去除率达到60％，具有显著效果；本发明反应简单、经济环保。当壳聚糖浓度为1.0mg/ml，反应体系pH值为5.0且多聚磷酸钠溶液浓度为1.0mg/ml时，对铜离子的吸附能力最强。众所周知，目前综合利用生物质材料，尤其是龙虾壳提取壳聚糖处理废水中铜离子的研究较少，本专利有效填补该领域的空白。龙虾壳经常是被作为废料丢弃，通过一系列的操作提取壳聚糖，利用其对重金属的吸附性能，有效去除工业废水中的重金属离子。通过改性加强壳聚糖对铜离子的吸附，且其完全可以被生物降解，不会造成环境污染。具有较强的实用价值。
附图说明
图1为壳聚糖的1％醋酸溶液浓度的影响。
图2为反应体系pH值的影响。
图3为多聚磷酸钠溶液浓度的影响。
图4为体系反应时间的影响。
图5原子吸收分光光度计测定Cu2+浓度的标准曲线。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本发明的实施例做详细的说明。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
实施例
壳聚糖的制备
(1)预处理龙虾壳：
将从菜市场收集的龙虾壳剥干净，将剥好的龙虾壳适量放入水中，称200g碳酸钠用纯水溶解，在磁力加热搅拌器上充分反应至溶液澄清透明，将碳酸钠溶液倒入盛有龙虾壳的盆中并倒入适量洗洁精。浸泡两小时，期间反复搅拌。用纯水反复清洗干净后，将龙虾壳扳开成片状，铺平在盘子内，放入电热鼓风干燥箱50℃大约4-5小时烘干呈脆状，粉碎机粉碎成末，用封装袋密封置冰箱备用。
(2)酸碱法制备壳聚糖：
使用电子天平称量20g制备的甲壳素置于烧杯内，量筒量取200ml制备的9％盐酸溶液缓慢倒入会产生泡沫且边倒入边搅拌，直至充分反应。将反应液用保鲜膜封口，留一个小口，置于恒温水浴锅控制温度45℃，反应15小时。将反应溶液拿出并清洗至溶液中性，过滤。量取200ml 15％氢氧化钠的溶液，将上述溶质溶于氢氧化钠，在75℃恒温水浴反应3小时。取出清洗至中性，制得甲壳素。将甲壳素用50％氢氧化钠反应，在沸水浴加热8～10小时脱去乙酰基，蒸馏水洗涤至中性，过滤，水洗烘干得到壳聚糖。
2.离子凝胶法制备壳聚糖纳米微粒
(3)溶液配制：
室温配制壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液，浓度分别为0.1、1.0、2.0mg/ml。
多聚磷酸钠溶于纯水，浓度分别为0.5、1.0、1.5mg/ml。配置15％氢氧化钠溶液。
(4)单因素实验：
1)控制壳聚糖1％醋酸溶液的浓度
室温下制备壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液，浓度分别为0.1、1.0、2.0mg/ml。分别量取18ml，氢氧化钠调节溶液体系，赛多利斯酸度计测量pH值为5，在磁力加热搅拌器的作用下，用1ml注射器吸取1.0mg/ml多聚磷酸钠溶液3ml，将其滴入壳聚糖的1％醋酸溶液中(控制滴加速度约为20～40滴/min)，反应时间控制为2h。量取上述反应液各15ml，并与0.05mol/L的硝酸铜溶液15ml在恒温磁力搅拌器上充分反应，过滤，如图1所示。
2)控制反应体系pH值
室温下制备壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液，浓度为1.0mg/ml。量取18ml该溶液，15％氢氧化钠溶液调节溶液体系，赛多利斯酸度计测量pH值分别为4、5、6，在磁力加热搅拌器的作用下，用1ml注射器吸取1.0mg/ml多聚磷酸钠溶液3ml，将其滴入壳聚糖的1％醋酸溶液中(控制滴加速度约为20～40滴/min)，反应时间控制为2h。量取上述反应液各15ml，并与0.05mol/L的硝酸铜溶液15ml在恒温磁力搅拌器上充分反应，过滤，如图2所示。
3)控制多聚磷酸钠溶液浓度
室温下制备壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液，浓度为1.0mg/ml。量取18ml该溶液，氢氧化钠调节溶液体系，赛多利斯酸度计测量pH值为5，在磁力加热搅拌器的作用下，用1ml注射器吸取聚磷酸钠溶液浓度分别为0.5、1.0、1.5mg/ml，分别将其滴入壳聚糖的1％醋酸溶液中(控制滴加速度约为20～40滴/min)，反应时间控制为2h。量取上述反应液各15ml，并与0.05mol/L的硝酸铜溶液15ml在恒温磁力搅拌器上充分反应，过滤，如图3所示。
4)控制体系反应时间
室温下制备壳聚糖的1％(v/v)醋酸溶液，浓度为1.0mg/ml。量取18ml该溶液，氢氧化钠调节溶液体系，赛多利斯酸度计测量pH值为5，在磁力加热搅拌器的作用下，用1ml注射器吸取浓度为1.0mg/ml的多聚磷酸钠溶液3ml，将其滴入壳聚糖的1％醋酸溶液中，控制滴加速度约为20～40滴/min。量取上述反应液15ml，并与0.05mol/L的硝酸铜溶液15ml在恒温磁力搅拌器上充分反应，过滤。控制反应时间分别为2、4、6小时，如图4所示。
(5)正交实验设计
结合单因素研究结果，考察壳聚糖1％醋酸溶液的浓度，反应体系pH值，多聚磷酸钠溶液浓度，这3个因素在3个水平上的处理对Cu2+吸附的影响。正交实验设计采用L33，结果见表1。
表1正交实验设计表
(6)铜离子含量测定
配制铜离子浓度梯度分别为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05mol/L的硝酸铜溶液。使用天平分别称量0.242g、0.483g、0.725g、0.966g、1.208g硝酸铜，用稀硝酸溶液溶解。因浓度偏高，所有溶液均稀释十倍。
使用TAS-990原子吸收分光光度计，在波长324.7nm下测定标样铜离子的含量，制作标准曲线，如图5所示。
性能测试
(1)单因素实验结果
1.1壳聚糖1％醋酸溶液的浓度的影响
实验结果如下：
从图1可知，在壳聚糖浓度分别取0.1mg/ml、1.0mg/ml、2.0mg/ml时，吸光值呈先降低再升高的趋势。根据标曲，可以看出铜离子的浓度先降低再升高。再分别计算出铜离子的吸附率，分别为32％、42％、32％，由此可得，在壳聚糖浓度为1.0mg/ml的时候，吸附率最大，体系对铜离子的吸附能力最强。壳聚糖浓度过低或者过高都会因为与多聚磷酸钠溶液中的磷酸基团搭配比例不均而无法得到合适的壳聚糖纳米微粒，因而影响对铜离子的吸附作用。
1.2反应体系pH值的影响
实验结果如下:
从图2可知，在pH值分别取4、5、6时，吸光值呈先降低再升高的趋势，根据标曲，可以看出铜离子的浓度先降低再升高。分别计算出铜离子的吸附率，分别为42％、52％、36％，由此可得，在pH值为5的时候，吸附率最大，体系对铜离子的吸附能力最强。
1.3多聚磷酸钠溶液浓度的影响
实验结果如下：
从图3可知，在多聚磷酸钠溶液浓度分别为0.5、1.0、1.5mg/ml时，吸光值呈先降低再升高的趋势，根据标曲，可以看出铜离子的浓度先降低再升高。分别计算出铜离子的吸附率，分别为36％、52％、24％，由此可得，在多聚磷酸钠溶液浓度分别为1.0mg/ml的时候，体系对铜离子的吸附能力最强。因为壳聚糖纳米微粒是依靠壳聚糖的氨基与多聚磷酸钠的磷酸基团通过静电吸引力而产生的。
1.4控制体系反应时间
实验结果如下：
如图4所示，在反应时间分别为2、4、6h时，吸光值呈快速降低并趋于平缓的状态，根据标曲，可以看出铜离子的浓度先快速降低再缓慢降低。分别计算出铜离子的吸附率，分别为44％、46％、48％。壳聚糖纳米微粒外层表面具有大量的游离氨基，能够迅速地与溶液中的铜离子发生反应.所以开始时，吸附速率很快，但在2h之后溶液中的铜离子浓度下降缓慢。
由于，反应时间对铜离子反应浓度影响效果不明显，因此，正交实验不考虑时间因素，反应时间均为2h。
综上：根据上述的单因素实验结果表明，当壳聚糖浓度为1.0mg/ml，反应体系pH值为5.0且多聚磷酸钠溶液浓度为1.0mg/ml时，对铜离子的吸附能力最强。实验发现控制反应时间变量对铜离子吸附性能的改变不明显，因此，正交试验不考虑反应时间因素。
2.正交实验结果与分析
表2正交实验表
实验结果如下：
由表2可知，在壳聚糖浓度为2.0mg/ml，多聚磷酸钠浓度为1.0mg/ml，其体积比约为6：1，反应体系pH值为6时，此时吸光值为1.968，铜离子浓度为0.002mol/L，铜离子吸附率达60％。
表3主体间效应的检验
因变量:吸附率
a.R方＝.841(调整R方＝.365)
实验结果如下：
表3显示，壳聚糖浓度、pH值和TPP浓度三因素的P值均大于0.05表示实验存在影响但效果不显著。因为壳聚糖浓度和TPP浓度分别为0.6-3.0mg/ml与0.5-1.5mg/ml时，反应体系pH值为5.0-6.0时，均可得到稳定壳聚糖纳米微粒。可能因为壳聚糖浓度和TPP浓度均在取值范围内，导致效果不显著，这说明实验还需继续研究。
3.铜离子含量测定
实验结果如下：
从图5可知，伴随着铜离子浓度的升高，吸光值呈逐渐上升趋势。设置趋势线，则得y＝46.7x+1.8737,其R2＝0.9217。
本发明研究了壳聚糖浓度、反应体系pH值、多聚磷酸钠溶液浓度和反应时间四个因素对壳聚糖纳米微粒的形成的影响。壳聚糖和多聚磷酸钠浓度以及反应pH值过低或过高都会对铜离子的吸附存在一定影响。即在壳聚糖浓度为2.0mg/ml，多聚磷酸钠浓度为1.0mg/ml，反应体系pH值为5时，铜离子吸附率达60％。而反应时间在2h后对铜离子的吸附能力逐渐减弱。也充分表明壳聚糖纳米微粒对铜离子的吸附起一定效果。这对于废水中的铜离子的去除有一定效果。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征等同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (9)
1.一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，配制壳聚糖的1%（v/v）醋酸溶液：将壳聚糖粉末溶于1%（v/v）醋酸溶液，形成壳聚糖的1%（v/v）醋酸溶液；
第二步，配制多聚磷酸钠溶液：将多聚磷酸钠固体加入纯水中，充分搅拌形成多聚磷酸钠溶液；
第三步，向壳聚糖的1%（v/v）醋酸溶液中滴加15%的氢氧化钠溶液，调节pH值，然后边搅拌边滴加多聚磷酸钠溶液，向反应体系中加入含铜废水，搅拌充分反应，反应时间为1-3小时；
第四步，将步第三步中充分反应的反应液进行过滤，测定滤液中铜离子的含量，计算铜离子的去除率。
2.根据权利要求1所述的使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，其特征在于，在所述的第三步中，调节pH值至4-6。
3.根据权利要求2所述的使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，其特征在于，在所述的第三步中，调节pH值至5。
4.根据权利要求1所述的使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，其特征在于，在所述的第三步中，壳聚糖的1%（v/v）醋酸溶液与多聚磷酸钠溶液的体积比为6:1。
5.根据权利要求1所述的使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，其特征在于，在所述的第三步中，多聚磷酸钠溶液的滴加速度为20-40滴/min。
6.根据权利要求1所述的使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，其特征在于，在所述的第三步中，反应时间为2小时。
7.根据权利要求1-6所述的使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法，其特征在于，所述的壳聚糖粉末是通过以下方法制备得到的，具体包括：步骤一，预处理龙虾壳；
步骤二，酸碱法制备壳聚糖粉末。
8.根据权利要求7所述的壳聚糖纳米微粒的制备方法，其特征在于，在所述的步骤一中，剥好的龙虾壳适量放入水中，加入碳酸钠和洗洁精；浸泡两小时，期间反复搅拌；用纯水反复清洗干净后，将龙虾壳扳开成片状，铺平在盘子内，放入电热鼓风干燥箱中干燥，用粉碎机粉碎成末，用封装袋密封置冰箱备用。
9.根据权利要求7所述的壳聚糖纳米微粒的制备方法，其特征在于，在所述的步骤二中，称取步骤一中粉碎好的龙虾壳，将粉碎好的龙虾壳放入9%盐酸溶液，边倒入边搅拌，直至充分反应，并置于恒温水浴锅控制温度45℃，反应15小时；将反应溶液拿出并清洗至溶液中性，过滤；将用9%盐酸溶液处理过的龙虾壳放入15%的氢氧化钠的溶液，在75℃恒温水浴反应3小时；取出清洗至中性，制得甲壳素；将甲壳素用50%氢氧化钠反应，在沸水浴加热8~10小时脱去乙酰基，蒸馏水洗涤至中性，过滤，水洗烘干，得到壳聚糖粉末。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011241822.0A CN112591839A (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011241822.0A CN112591839A (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112591839A true CN112591839A (zh) | 2021-04-02 |
Family
ID=75182781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011241822.0A Pending CN112591839A (zh) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | 一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112591839A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114887592A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-08-12 | 江苏第二师范学院 | 一种缩氨基硫脲二氧化硅微球材料的制备和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105289560A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-02-03 | 南京大学 | 一种可协同高效去除重金属阴阳离子的壳聚糖基复合吸附剂及其制备方法 |
| CN107529520A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-01-02 | 天津工业大学 | 一种快速高效吸附去除重金属离子的方法 |
| CN110506785A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-29 | 江苏第二师范学院（江苏省教育科学研究院） | 一种卡拉胶-壳聚糖共混复合膜及其制备方法和应用 |
| KR20200039994A (ko) * | 2018-10-08 | 2020-04-17 | 가톨릭관동대학교산학협력단 | 감나무잎 및 키토산을 이용한 중금속 이온 흡착제용 하이브리드 비드 및 이의 제조방법 |
-
2020
- 2020-11-09 CN CN202011241822.0A patent/CN112591839A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105289560A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-02-03 | 南京大学 | 一种可协同高效去除重金属阴阳离子的壳聚糖基复合吸附剂及其制备方法 |
| CN107529520A (zh) * | 2017-10-09 | 2018-01-02 | 天津工业大学 | 一种快速高效吸附去除重金属离子的方法 |
| KR20200039994A (ko) * | 2018-10-08 | 2020-04-17 | 가톨릭관동대학교산학협력단 | 감나무잎 및 키토산을 이용한 중금속 이온 흡착제용 하이브리드 비드 및 이의 제조방법 |
| CN110506785A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-29 | 江苏第二师范学院（江苏省教育科学研究院） | 一种卡拉胶-壳聚糖共混复合膜及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘美静等: ""纳米壳聚糖对金属离子的吸附研究"", 《安徽农学通报(上半月刊)》 * |
| 李芳等: ""壳聚糖微粒对水中铜离子吸附性能研究"", 《环境与健康杂志》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114887592A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-08-12 | 江苏第二师范学院 | 一种缩氨基硫脲二氧化硅微球材料的制备和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102161781B (zh) | 一种吸附重金属离子的改性壳聚糖材料及其制备方法 | |
| Seyedmohammadi et al. | Application of nanochitosan and chitosan particles for adsorption of Zn (II) ions pollutant from aqueous solution to protect environment | |
| CN105622960B (zh) | 一种羧甲基壳聚糖/氧化石墨烯复合水凝胶及其制备与应用 | |
| CN110342623B (zh) | 磁性壳聚糖凹凸棒土除藻絮凝剂及其制备方法 | |
| US20220356272A1 (en) | Processes for extracting and purifying chitin by using green solvents | |
| Walke et al. | Physicochemical and functional characterization of chitosan prepared from shrimp shells and investigation of its antibacterial, antioxidant and tetanus toxoid entrapment efficiency | |
| Teng | From chitin to chitosan | |
| CN102585420B (zh) | 磁性膨胀吸附复合材料及其制备方法 | |
| CN109261138A (zh) | 一种用于重金属离子吸附的超支化聚酰胺改性海藻酸钠微球及其制备方法 | |
| Poadang et al. | Synthesis, characterization, and antibacterial properties of silver nanoparticles prepared from aqueous peel extract of pineapple, ananas comosus | |
| CN111203177A (zh) | 一种EDTA-Pb废水的高效处理方法 | |
| CN109516536A (zh) | 一种纳米絮凝剂的制备及其污水处理应用 | |
| CN112591839A (zh) | 一种使用壳聚糖纳米微粒清除水中铜离子的方法 | |
| CN108640262B (zh) | 磁性纳米壳聚糖微球及其制备方法 | |
| RU2708051C1 (ru) | Способ получения наночастиц серебра | |
| Abukhadra et al. | Synthesis and characterization of Fe 0@ chitosan/cellulose biocompatible composites from natural resources as advanced carriers for ibuprofen drug: reaction kinetics and equilibrium | |
| CN108383224A (zh) | 一种绿色环保除菌的絮凝剂 | |
| CN105858777A (zh) | 一种大蒜秸秆-纳米铜复合蓝藻处理剂及其制备方法 | |
| Aly et al. | Chemical, microbial and biological studies on fresh mango juice in presence of nanoparticles of zirconium molybdate embedded chitosan and alginate | |
| CN105170103B (zh) | 一种糠醛改性交联壳聚糖螯合树脂磁性颗粒及制备方法 | |
| CN112841191A (zh) | 一种壳聚糖抗菌剂的制备方法 | |
| CN114734032A (zh) | 一种基于木棉花提取液制备纳米银的方法 | |
| Ewais et al. | Fully Deacetylated Chitosan From Shrimp And Crab Using Minimum Heat Input | |
| CN108371281B (zh) | 一种采用壳聚糖纳米微球脱除小鱼干中镉的方法 | |
| CN110935424A (zh) | 一种复合纳米凝胶的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210402 |