[发明专利]一种可生物降解交联壳聚糖螯合树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种可生物降解交联壳聚糖螯合树脂。本发明也涉及一种可生物降解交联壳聚糖螯合树脂的合成方法。

背景技术

随着我国经济的迅速发展、人口增长及城市化进程加快，水污染问题日益突出。目前影响我国水环境质量的根源主要是有机物和重金属离子，这些污染物主要来自冶金、电镀、制革、采矿、染料等行业，其中有些金属离子昂贵、稀有，如Ag⁺、Pt²⁺、Re²⁺、Au³⁺等，有些金属离子有毒，如Hg²⁺、Ni²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺等。因而富集与分离这些重金属离子，在一定程度上既能满足社会的需求，又能回收重金属离子，减轻对环境的污染，促进人类和环境健康协调发展。

传统方法用于水处理的树脂材料一般未具有生物降解的特性，如Li Niu等人（Efficient removal of Cu(II),Pb(II),Cr(VI)and As(V)from aqueous solution using an aminated resin prepared by surface-initiated atom transfer radical polymerization.Chemical Engineering Journal.2010,165,751-757.）以氯甲基化聚苯乙烯为母体合成一种新型的胺基树脂，其具有良好的吸附效果，对Cu(II)、Pb(II)、Cr(VI)和As(V)的吸附容量依次为2.6、0.97、3.0和2.2mmol/g，但该树脂再生能力差，且不具有生物降解性能，其废旧树脂会对环境产生二次污染。

壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物，甲壳素是仅次于纤维素的第二大天然生物高分子物质，每年地球上甲壳素自然生成量高达百亿吨，其产量与纤维素相当，储量巨大，而且壳聚糖可在水处理、化工、食品等诸多领域应用。然而，天然状态的壳聚糖比表面积小，易溶于酸性介质而软化流失，不利于重复使用，制约其直接应用。对壳聚糖进行化学改性，制成的螯合树脂产品不会产生二次污染，易于再生，同时可生物降解，具有很好的经济效益、社会效益和环境效益。中国专利公开号：102002116A的专利文件中，公开了一种季胺化壳聚糖交联树脂，对多种金属离子及偶氮染料RB-5都具有良好的吸附效果。Bo Sun等人（Preparation of Biomimetic Materials Made from Polyaspartyl Polymer and Chitosan for Heavy-Metal Removal.Ind.Eng.Chem.Res.2009,48,9823-9829.）及中国专利公开号：CN1869105的专利文件中，采用L-天门冬氨酸、L-赖氨酸、壳聚糖和巯基乙酸等原料，以戊二醛为交联剂，合成出一种具有缩氨酸-多糖类似结构共聚物，不仅增加了螯合树脂中-NH₂的数量，引入了巯基，而且兼具了聚天门冬氨酸和壳聚糖的生物降解性，这是一种环境友好型的、仿生可降解的新颖材料，但是这种共聚材料只适用于极低浓度的溶液体系，饱和吸附量较低，溶胀率较大，不利于床层操作，且在反应合成过程中采用了有毒的巯基乙酸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可多次重复使用、可生物降解、热稳定性良好的可生物降解交联壳聚糖螯合树脂。本发明的目的还在于提供一种可生物降解交联壳聚糖螯合树脂的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的可生物降解交联壳聚糖螯合树脂具有如下结构式：

其中x小于等于110，m+n小于等于30。

本发明的可生物降解交联壳聚糖螯合树脂的制备方法为：

（1）以磷酸为催化剂，L-天门冬氨酸为原料在高温下发生脱水缩合，制备聚丁二酰亚胺；

（2）将所得的聚丁二酰亚胺与L-胱氨酸反应，得到固体物质；

（3）步骤（2）反应所得的固体物质在氢氧化钠溶液中水解开环，得到带有氨基侧链和-S-S-基团的聚丁二酰亚胺；

（4）使用戊二醛为交联剂，将带有氨基侧链和-S-S-基团的聚丁二酰亚胺与壳聚糖进行交联反应，得到交联壳聚糖螯合树脂。

本发明的可生物降解交联壳聚糖螯合树脂的制备方法还可以包括：