用于铅吸附的壳聚糖‑大豆蛋白复合多孔微球的制备方法

摘要

本发明公开了一种用于铅吸附的壳聚糖‑大豆蛋白复合多孔微球的制备方法。以大豆蛋白和壳聚糖为原料通过戊二醛交联制备了壳聚糖‑大豆蛋白复合多孔微球，以其为吸附材料对溶液中的铅进行微柱吸附，壳聚糖‑大豆蛋白复合多孔微球对铅的吸附容量为42.8 mg/g。本发明克服了已有材料制备复杂、价格高昂的缺点，以及静态吸附操作繁琐、步骤复杂等缺点，降低了材料制备成本，减少人工操作步骤，简化了操作流程，提高了铅吸附效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于铅吸附的壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球的制备方法。

背景技术

随着全球工业发展，铅污染已对环境和人类健康造成了极大威胁，迫切需要研发快速、便捷的铅吸附材料，以满足环境检测等需求。

目前，分离富集水中镉的方法有沉淀、离子交换、吸附等。其中，吸附法因简便、高效且吸附材料可循环使用而被广泛使用。

目前用于铅吸附的壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球制备暂未有相关研究。

发明内容

本发明在于提供一种用于铅吸附的壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球的制备方法。

构思如下：虽然目前各种吸附材料用于铅的吸附，其制备繁琐，成本高昂。大豆蛋白分子结构中具有丰富的酰胺基团，壳聚糖分子中含有大量氨基，因此，利用大豆蛋白和壳聚糖制备价格低廉吸附材料用于铅的吸附，材料制备简单，具有实际应用价值。在本实验中，利用壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球作为微柱吸附材料，对样品溶液中铅进行动态吸附和分离，减少人工操作，简化操作过程。

本发明涉及壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球及铅的动态微柱吸附。当样品溶液中铅通过装载了壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球的微柱时，铅与微球材料上基团作用而被吸附，然后用洗脱液将铅洗脱并进行原子吸收光谱测定，检验材料对铅的吸附能力。

具体步骤如下：

(1)壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球制备：

称取4g壳聚糖于100mL烧杯中，加入50mL质量百分比浓度为2％的醋酸溶液，搅拌溶解后静置12小时，除去溶液中气泡得到壳聚糖溶液，备用；将2.0g大豆蛋白和40mL二次水加入到100mL烧杯中，搅拌至溶解完全得到大豆蛋白溶液，备用；将40mL上述壳聚糖溶液和40mL上述大豆蛋白溶液混合，并加入2.0g纳米二氧化硅，搅拌均匀得到壳聚糖-大豆蛋白-二氧化硅混合液，备用。

取140mL液体石蜡于250mL三口烧瓶中，滴加4滴分析纯活性剂司班80，机械搅拌(300r/min)30分钟，水浴升温至60℃，将60mL壳聚糖-大豆蛋白-二氧化硅混合液逐滴滴加至上述三口瓶中，继续搅拌两个小时至形成均匀油珠颗粒，然后用分析纯氢氧化钠溶液调节混合液pH为9.5，水浴温度升至90℃，再加入20mL分析纯戊二醛溶液，反应3小时后，静置、冷却后过滤得到固体微球颗粒，用水和无水乙醇交替清洗各3-5次，在索氏提取器中用质量百分比浓度为95％的乙醇提取24小时；固体微球颗粒用浓度为5.0mol/L的氢氧化钠溶液浸泡24小时，用二次水洗至中性，过滤后在40℃下烘干，过筛得到40-60目粒径的壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球。

(2)壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球吸附铅：

分离富集装置由蠕动泵、自制微型柱((7cm×0.5mm i.d.)、聚四氟乙烯管(0.8mmi.d)和连接接头构成。微柱一端塞少量玻璃棉，以湿法上柱装入步骤(1)制备的交联大豆蛋白微球，再塞入少量玻璃棉，压实并连接好，利用蠕动泵将二次蒸馏水泵入微型柱，洗涤后备用；Pb(Ⅱ)的分离富集步骤如下：将pH＝5.0的Pb(Ⅱ)溶液以3.0mL/min流速通过微型柱，然后用5.0mL蒸馏水以3.0mL/min流速洗去微型柱中未被吸附的离子，用10.0mL浓度为0.1mol/L的HNO₃以3.6mL/min流速反向洗脱被吸附的Pb(Ⅱ)；洗脱溶液用于后续原子吸收光谱测定。

(3)检测方法：

测定仪器：原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)；石墨炉原子吸收光谱测定Pb的仪器条件设置：波长283.3nm，狭缝0.5nm，灯电流2.0mA，原子化器高度-0.2mm；石墨炉原子吸收光谱测定程序如表1。利用石墨炉原子吸收光谱法测定上述步骤(2)所得洗脱液中Pb(Ⅱ)浓度。

表1：石墨炉原子吸收光谱测定程序

程序温度(℃)升温速度(℃/s)保持时间(s)干燥8055干燥1001010灰化6001010原子化190004净化195011

(4)壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球对铅的吸附容量测定：

火焰原子吸收光谱测定铅的条件：波长283.3nm，狭缝0.5nm，灯电流2.0mA，燃烧器高度5.0mm，乙炔流量1500mL/min，空气流量5000mL/min。将20.0μg/mL Pb(Ⅱ)溶液按步骤(2)进行吸附，每10mL收集一次流出液，直至流出液中铅浓度与原来溶液浓度相同即终止实验，用火焰原子吸收光谱法测定各流出液中Pb(Ⅱ)浓度，并计算出壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球对铅的吸附容量。

本发明克服了已有材料制备复杂、价格高昂的缺点，以及静态吸附操作繁琐、步骤复杂等缺点，降低了材料制备成本，减少人工操作步骤，简化了操作流程，提高了铅吸附效率。

附图说明

图1为本发明实施例制得的壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球的扫描电镜照片。

具体实施方式

实施例:

(1)壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球制备：

称取4g壳聚糖于100mL烧杯中，加入50mL质量百分比浓度为2％的醋酸溶液，搅拌溶解后静置12小时，除去溶液中气泡得到壳聚糖溶液，备用。2.0g大豆蛋白和40mL二次水加入到100mL烧杯中，搅拌至溶解完全得到大豆蛋白溶液，备用；将40mL上述壳聚糖溶液和40mL上述大豆蛋白溶液混合，并加入2.0g纳米二氧化硅，搅拌均匀得到壳聚糖-大豆蛋白-二氧化硅混合液，备用。

取140mL液体石蜡于250mL三口烧瓶中，滴加4滴分析纯活性剂司班80，机械搅拌(300r/min)30分钟，水浴升温至60℃，将60mL壳聚糖-大豆蛋白-二氧化硅混合液逐滴滴加至上述三口瓶中，继续搅拌两个小时至形成均匀油珠颗粒，然后用分析纯氢氧化钠溶液调节混合液pH为9.5，水浴温度升至90℃，再加入20mL分析纯戊二醛溶液，反应3小时后，静置、冷却后过滤得到固体微球颗粒，用水和无水乙醇交替清洗各3次，在索氏提取器中用质量百分比浓度为95％的乙醇提取24小时。固体微球颗粒用浓度为5.0mol/L的氢氧化钠溶液浸泡24小时，用二次水洗至中性，过滤后在40℃下烘干，过筛得到40-60目粒径的壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球。壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球的扫描电镜照片如图1。

(2)壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球吸附铅：

分离富集装置由蠕动泵、自制微型柱(7cm×0.5mm i.d.)、聚四氟乙烯管(0.8mmi.d)和连接接头构成。微柱一端塞少量玻璃棉，以湿法上柱装入步骤(1)制备的交联大豆蛋白微球，再塞入少量玻璃棉，压实并连接好，利用蠕动泵将二次蒸馏水泵入微型柱，洗涤后备用；Pb(Ⅱ)的分离富集步骤如下：将pH＝5.0的Pb(Ⅱ)溶液以3.0mL/min流速通过微型柱，然后用5.0mL蒸馏水以3.0mL/min流速洗去微型柱中未被吸附的离子，用10.0mL浓度为0.1mol/L的HNO₃以3.6mL/min流速反向洗脱被吸附的Pb(Ⅱ)；洗脱溶液用于后续原子吸收光谱测定。

(3)检测方法：

测定仪器：原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)；石墨炉原子吸收光谱测定Pb的仪器条件设置：波长283.3nm，狭缝0.5nm，灯电流2.0mA，原子化器高度-0.2mm；石墨炉原子吸收光谱测定程序如表1。利用石墨炉原子吸收光谱法测定上述步骤(2)所得洗脱液中Pb(Ⅱ)浓度。

表1：石墨炉原子吸收光谱测定程序

程序温度(℃)升温速度(℃/s)保持时间(s)干燥8055干燥1001010灰化6001010原子化190004净化195011

(4)壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球对铅的吸附容量测定：

火焰原子吸收光谱测定铅的条件：波长283.3nm，狭缝0.5nm，灯电流2.0mA，燃烧器高度5.0mm，乙炔流量1500mL/min，空气流量5000mL/min。将20.0μg/mL的Pb(Ⅱ)溶液按步骤(2)进行吸附，每10mL收集一次流出液，直至流出液中铅浓度与原来溶液浓度相同即终止实验，用火焰原子吸收光谱法测定流出液中Pb(Ⅱ)浓度，并计算出壳聚糖-大豆蛋白复合多孔微球对铅的吸附容量为42.8mg/g。