壳聚糖提取工艺的研究

【摘要】壳聚糖是甲壳素脱乙酰化产物，具有良好的生物降解性和兼容性、无毒、无污染等特性，被广泛应用于很多领域。本文是利用Cd2+与壳聚糖C2的-NH2发生Schiff碱反应来保护-NH2，以戊二醛为交联剂，以SMS丙纶复合无纺布为载体，微波整理固定壳聚糖，制备选择性吸附Cd2+的过滤材料。

　　【关键词】壳聚糖；交联剂；环保材料

　　1.实验部分

　　1.1壳聚糖溶液的配制

　　用电子天平称量一定量的壳聚糖溶于1%的醋酸依次配制0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%的壳聚糖溶液，溶胀2小时使壳聚糖充分溶解。再加入氯化镉固体，Cd2+与－NH2配位（1：4），溶解后静置过夜得到Cd2+－CTS整理液。氯化镉固体要稍微多点，因为它本身就带有结晶水，放置时间过长易氧化。

　　1.2选择性吸附Cd2+的SMS丙纶无纺布过滤材料的制备

　　在Cd2+－CTS整理液里，依次加入浓度为0.005mol/L、0.0075mol/L、0.01mol/L、0.0125mol/L的交联剂戊二醛，均匀搅拌。将丙纶无纺布按浴比为1：80浸泡，两浸两轧。然后置于微波炉里，用中高火辐射2分钟、3分钟、4分钟。将整理过的布样在1%的NaOH溶液中浸泡1小时，再用0.1mol/L的H2SO4溶液清洗布样，至检验不出Cd2+离子。然后用高纯度的蒸馏水清洗至中性，放在干净的托盘里自然晾干。仍将烘箱的温度设为102℃烘两小时，等布样烘干以后在真空干燥器中干燥两小时，用电子天平称整理过的质量，看每块布样增重多少。

　　1.3SMS丙纶无纺布整理后质量变化计算

　　根据交联剂用量、微波整理时间与SMS丙纶无纺布整理前后质量变化

　　式中：m1、m2分别表示整理前后SMS丙纶复合无纺布的质量；表示SMS丙纶复合无纺布整理后的质量变化率。

　　1.4测定壳聚糖中游离氨基的含量

　　首先配制Nacl和Hcl的标准溶液。用基准物质邻苯二甲酸氢钾以酚酞为指示剂标定NaOH标准溶液的浓度，用无水碳酸钠为基准物质保定HCl标准溶液的浓度。每种溶液需要测定三次，标定以后计算出配制溶液的浓度，并计算出三次测定的平均值。得到NaOH标准溶液的浓度为0.0956mol/L，HCl标准溶液的浓度为0.0984mol/L。将两种标准溶液稀释100倍，裁剪几块布样在稀释的盐酸溶液中浸泡3个小时。用甲基橙作指示剂酸碱滴定，滴定时颜色无变化。用828型酸度计测定，将裁好的布样在盐酸溶液中浸泡3个小时，在磁力搅拌的作用下，用NaOH溶液滴定，最后算出涂附在布样上壳聚糖中游离的含量。

　　自由氨基的百分数即为壳聚糖试样中的氨基含量占理论氨基含量的百分数。

　　理论氨基的含量=16/161×100%=9.94%

　　氨基含量=×0.016×100%

　　式中C1—盐酸标准溶液的浓度,mol?L-1

　　C2—氢氧化钠的标准溶液的浓度，mol?L-1

　　V1—加入的盐酸标准溶液的体积，ml

　　V2—滴定耗用的氢氧化钠标准溶液的体积，ml

　　G—样品重，g

　　2.实验结果与讨论

　　2.1微波整理对SMS丙纶复合无纺布结构性能的影响

　　2.1.1差热分析在空气环境下，对整理前后无纺布进行差热分析测试。实验得出：在350℃以内，整理后增重最大的无纺布产生了两个峰。一个为吸热峰，另一个为放热峰；未整理的无纺布只有最高吸热峰，没有产生放热峰。由此看来微波整理前后无纺布的熔解温度和热分解温度都发生了变化。

　　2.1.2热重分析在空气环境下，对整理前后的无纺布进行热重分析测试。实验得出：在空气环境下，500℃以内，整理前后的无纺布都产生了一次明显的重量损失。整理后增重最大的丙纶无纺布在312℃时开始产生明显的质量损失。未整理的丙纶无纺布在383.30℃时开始产生明显的质量损失448.09℃完全分解。由此看来微波整理前后无纺布的热稳定性发生了变化。

　　2.2交联剂与有效成分的关系

　　2.2.1交联剂与壳聚糖整理量的关系在不同浓度的交联剂戊二醛中加入0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%的Cd2+－CTS整理液，在一定的时间内经微波整理，观察无纺布的质量变化。

　　实验得出，当交联剂在整理液中的浓度达到0.01ml/ml时，不同浓度下的整理液，无纺布的质量都增加到最大。当交联剂浓度从0.005ml/ml增到0.0075ml/ml时，五种浓度的整理液整理过的无纺布的质量都有所减少。

　　2.2.2整理时间与壳聚糖整理量的关系在0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%的Cd2+－CTS整理液中加入相同量的交联剂戊二醛，进行不同时间的微波整理，观察无纺布的质量变化。

　　实验得出，最佳整理时间为4分钟。如果时间过长，微波炉内温度过高，无纺布会胶结。当微波时间从2分钟变为3分钟，四种整理液整理后的无纺布的质量均减少。

　　3.结论

　　⑴以源于自然界的壳聚糖为原料，利用Cd2+与壳聚糖C2的-NH2发生Schiff碱反应。以Cd2+为保护剂有效地保护了壳聚糖上的自由氨基，经戊二醛交联。微波整理SMS丙纶复合无纺布制备出了选择性吸附Cd2+的过滤材料。

　　⑵Pb2+-CTS整理液浓度越高，整理接枝量越高，交联剂浓度为0.01ml/ml时，整理剂接枝量最高,且4分钟为最佳整理时间。

　　⑶含镉废水是世界上危害较大的工业废水之一，用壳聚糖处理含镉废水探讨壳聚糖吸附Cd2+机理，既具有理论意义又具有很高的实际应用价值。

　　综上所述，在微波条件下经壳聚糖整理过的丙纶无纺布能够有效地对水体中重金属离子（Cd2+）进行螯合吸附和离子交换，且自身易于降解，能够作为一种环保材料。

　　【参考文献】

　　[1]张文清，柴平海，金鑫荣．壳聚糖及其衍生物在化妆品中的应用,高分子通报,1999(2)：73—76

　　[2]蒋挺大．壳聚糖[M]，北京：化学工业出版社．2001，3，12一16

　　[3]杨定国编．波谱分析基础及应用，中国纺织出版社，1993，1，33一36

　　[4]季益萍．甲壳素和壳聚糖的应用[J]．品质性能分析，2004(12)：35—37

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