[发明专利]一种精氨酸固载壳聚糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉壳聚糖改性的技术领域，特别是一种精氨酸固载壳聚糖的方法

背景技术

含重金属的废水可直接或间接地造成人类和牲畜的永久性中毒，如致癌和非直接性引发某些疾病，淡水或海洋中的水生生物对水体中的重金属也非常敏感，即使很低的浓度也会对它们构成威胁，使得关于重金属污染与防治的研究倍受重视。常用做重金属吸附剂的材料包括褐煤、沸石、硅藻土以及风化煤等，而近年来，处于降低成本、简化工艺以及避免二次污染的需要，吸附剂的发展方向已逐渐从无机材料向天然高分子生物材料发展。

壳聚糖(chitosan)又名聚氨基葡萄糖，是甲壳素脱乙酞基化的产物。壳聚糖凭借其无毒害，可降解性，生物相容性，光谱抗菌性等特点，在食品、制药、纺织、造纸、化工和生物等领域已有广泛应用。在污水处理方面，壳聚糖成为一种日益重要的吸附剂、絮凝剂和离子交换剂，用于工业废水的脱色、重金属离子的回收、净化饮用水、硬水软化等方面。壳聚糖的功能基-C₂伯胺基上的氮原子具有孤对电子，能进入金属离子的空轨道中形成配位键结合。因此，壳聚糖对去除重金属有很好的效果。但是由于-C₂伯胺基与吡喃葡萄糖环距离很近(仅0.147nm)，使其与荷电溶质的结合位阻增大，螯合性因此受到限制。有研究表明，将壳聚糖进行适当的改性，载体结构单元上引入“柔性”手臂，可明显地提高壳聚糖对金属离子的螯合性能。另一方面，工业废水成分复杂，不仅含有大量金属离子，还携带有大量的有机污染物，各种微生物滋生，这要求天然高分子材料必须具有一定的耐菌性和耐分解性。天然壳聚糖虽具有一定的抗菌性，但长时间处于污水环境中，也必然会由于微生物的分解作用导致材料过早降解，因而无法长时间发挥其水体修复功能。基于以上原因，有必要对天然壳聚糖进行化学改性，引入适当的取代基团，一方面，增强其对重金属离子的吸附和捕集性能，另一方面，增强其对微生物包括各种分解菌的耐受性，以延长其作为一种水体修复材料的使用寿命和稳定性。

发明内容

本发明的目的就是针对上述存在的问题而提供一种精氨酸固载壳聚糖的方法。通过本发明制备方法，精氨酸的接枝率可达到16.85％。

附图说明

1、图1为壳聚糖和精氨酸固载壳聚糖的红外谱图

2、图2为壳聚糖和精氨酸固载壳聚糖的X-射线衍射图

提取工艺

本发明是利用脱水剂EDC，活化剂NHS，制备精氨酸固载壳聚糖。具体操作工艺如下：

称取2g的壳聚糖，加入100ml蒸馏水中，将溶液转移至250mL两口烧瓶，加入等摩尔量的L-精氨酸。随后加入缩合剂EDC与偶联剂NHS，L-Arg、EDC与NHS的摩尔比为3∶3∶1。随后用0.1N的盐酸调节体系pH为5，使包括壳聚糖在内的各种反应物充分溶解，形成均一的体系，随后于30℃下反应10小时。反应结束后，用0.5N的NaOH溶液将体系pH调至8，待产物充分析出后，装入透析袋中，于蒸馏水中透析五天，期间每隔6小时更换一次蒸馏水，以充分去除未反应的氨基酸、缩合剂、偶联剂以及副产物异脲。随后在18％浓度的PEG溶液中浓缩12小时，取出产物冷冻干燥，得到最终产物精氨酸接枝壳聚糖CA。

测定

1.CA接枝率测定

在碱性次卤酸盐的存在下，精氨酸的侧基胍基可与α-萘酚结合生成红色物质，称为坂口反应。由于精氨酸是二十种氨基酸中唯一含胍基的氨基酸，因此坂口反应是精氨酸的特殊颜色反应，专门用于精氨酸的定性与定量检测。故借助坂口反应的原理来测定精氨酸接枝壳聚糖CA的接枝率，是一种快速方便而又准确的方法。

具体步骤为：准确称取0.2g绝干的CA样品，溶于50mL2N的盐酸溶液，在95℃下加热回流3小时，使壳聚糖大分子彻底水解，随后通过坂口反应，采用分光光度法测定溶液中游离精氨酸的含量，再通过公式(1)计算产物接枝率。

式中：GR％为CA的接枝率；M₁为样品水解中精氨酸的含量，单位为毫克；M₂为样品质量，单位为克。

通过坂口反应进行测定并进行计算得到精氨酸的接枝率为16.85％。

2.CA红外光谱分析

采用KBr压片法，在港东FTIR-650型傅立叶变换红外光谱仪上对样品进行FTIR分析。扫描波数范围为4000-400cm^-1，分辨率4cm^-1，以空气为空白，扫描32次后平均值得到壳聚糖(CS)和精氨酸固载壳聚糖(CA)的红外谱图1。