壳聚糖及壳聚糖柠檬酸结构性质和功能性质的比较
壳聚糖及其结构特点

壳聚糖及其结构特点壳聚糖的化学结构特点决定了它具有很多独特的性质和广泛的应用。
首先,壳聚糖的分子结构呈线性。
它由一系列葡萄糖分子通过1-4糖苷键相连而成,形成了一个线性链状结构。
这种线性结构使得壳聚糖具有良好的可塑性和柔韧性,可以适应不同的应用需求。
其次,壳聚糖的分子结构上存在大量的氨基和羟基。
壳聚糖分子上的氨基和羟基对于化学修饰和功能化具有重要的意义。
这些官能团可以与其他物质发生反应,形成共价键,并扩展壳聚糖的应用领域。
例如,壳聚糖通过与其他活性物质的反应,可以制备出药物缓释系统、生物敷料、海洋生物材料等。
此外,壳聚糖的分子结构可由不同的适合性团修饰。
通过调控壳聚糖分子上的适合性团的数量和位置,可以改变壳聚糖的溶解性、稳定性、降解性等性质。
例如,通过引入疏水基团,可以提高壳聚糖的疏水性,使其在水性乳液、涂层等领域有更广泛的应用。
壳聚糖的分子结构特点决定了它具有很多优良的性质和广泛的应用。
首先,壳聚糖具有良好的生物相容性。
壳聚糖是一种天然产物,它在生物体内分解产生的代谢产物是无毒的,对人体无害。
因此,壳聚糖在医药领域具有广泛的应用前景。
例如,壳聚糖可以用作药物缓释系统的载体,将药物包裹在壳聚糖微粒或纳米粒子中,实现药物的缓慢释放,提高疗效。
其次,壳聚糖具有良好的吸附性。
壳聚糖分子上的氨基和羟基可以吸附水分子和其他溶质,形成水合物。
这种吸附性使得壳聚糖在环境净化和生物分离中有着广泛的应用。
例如,壳聚糖可以用作吸附剂,用于去除废水中的重金属离子、有机溶质等。
另外,壳聚糖具有良好的膜形成能力。
壳聚糖可以通过自组装形成薄膜,并具有良好的膜屏障性能和选择性透过性。
这种膜的形成能力使得壳聚糖在分离、过滤、微纳尺度器件等领域有着广泛的应用。
总之,壳聚糖作为一种重要的天然高分子多糖,具有独特的化学结构特点和优良的性质。
它在药物缓释、生物材料、环境净化等领域有着广泛的应用前景。
然而,目前壳聚糖的研究还处于较初级的阶段,需要进一步深入研究和开发,以实现其在更多领域的应用。
壳聚糖及其结构特点

第一章 绪 论1.1 壳聚糖及其结构特点壳聚糖(Chitosan)是甲壳素(Chitin)脱乙酰基后的产物,是甲壳素最基本、最重要的衍生物。
甲壳素又名甲壳质、几丁质,化学名为(1,4)—2—乙酰胺—2—脱氧—β—D—葡聚糖,主要存在于虾、蟹、蛹及昆虫等动物外壳以及菌类、藻类植物的细胞壁中。
节肢类动物的干外壳约含20~50%甲壳素。
自然界中甲壳素有三种结构:α、β、γ,其中最为常见、普通的是α型。
地球上每年甲壳素的生物合成量为数十亿吨,是产量仅次于纤维素的天然高分子化合物。
下图1-1是甲壳素和壳聚糖的结构:图1-1 甲壳素、壳聚糖分子的结构示意图Fig.1-1 The configuration schematic of chitin and chitosan纯净的甲壳素和壳聚糖均为白色片状或粉状固体,比重0.3,常温下能稳定存在。
甲壳素分子之间存在强烈的氢键作用,使得甲壳素形成高度的结晶结构,因而甲壳素分子高度难溶。
甲壳素不溶于水及绝大多数有机溶剂,也不溶于稀酸、稀浓碱,只溶于浓酸和某些溶剂。
壳聚糖分子的活性基团为氨基而不是乙酰基,因而化学性质和溶解性较甲壳素有所改善,可溶于稀酸、甲酸、乙酸,但也不溶于水和绝大多数有机溶剂。
由于氨基和羟基比较活泼,壳聚糖的化学性质较甲壳素活泼,可以发生多种化学反应,比如烷基化、酰基化反应等等。
1.2 壳聚糖及其衍生物产品的应用壳聚糖及其衍生物由于其可再生性、生物相容性以及结构中的多种活性基团,具有多种优良的性质,已经广泛应用于化妆品、食品、医药、农业、环保等多个行业中。
1.2.1 在环保中的应用壳聚糖及其衍生物能够通过分子中的氨基和羟基与多种金属离子形成稳定的整合物且可帮助微粒凝聚,故广泛用作化工、轻工纺织等废水处理中的吸附剂和絮凝剂。
壳聚糖作为吸附剂和絮凝剂,能够有效地捕集溶液中的重金属离子和有机物,并可以抑制细菌生长,使污水变清,特别是对于汞、铬、铜、铅、钴、3n n甲壳素壳聚糖锌和砷等元素的离子有明显的吸附滤除作用[1-2]。
壳聚糖及壳聚糖柠檬酸结构性质和功能性质的比较

壳聚糖及壳聚糖-柠檬酸结构性质和功能性质的比较崔文慧,郭 芹,李庆鹏,靳 婧,哈益明*(中国农业科学院农产品加工研究所,农业部农产品加工与质量控制重点实验室,北京100193)摘要:将壳聚糖进行酰化改性制得壳聚糖-柠檬酸,测定其重均分子质量及水溶性,然后利用傅里叶红外光谱仪、电子扫描电镜仪、热重分析仪、X-衍射仪及核磁共振仪对它们进行结构表征,确证酰化反应的发生,并且探讨壳聚糖和壳聚糖-柠檬酸对重金属镉离子的吸附效果及对羟基自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl,DPPH)自由基的清除效果。
结果表明:与壳聚糖相比,壳聚糖-柠檬酸的重均分子质量和水溶性都明显增加;结构表征直接或间接证明壳聚糖与柠檬酸发生酰化反应,结构差异导致性质差异;壳聚糖-柠檬酸对重金属镉离子的吸附效果及对自由基的清除能力均优于壳聚糖。
该研究为壳聚糖及其衍生物在实际中的进一步应用提供一定的研究基础。
关键词:壳聚糖;壳聚糖-柠檬酸;结构性质;功能性质Comparation on Structural and Functional Properties of Chitosan and Chitosan-citric AcidCUI Wenhui, GUO Qin, LI Qingpeng, JIN Jing, HA Yiming*(Agro-products Processing and Quality Control Key Laboratory of Ministry of Agriculture, Institute Agro-products Processing Science and Technology Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100193, China)Abstract: Chitosan-citric acid was prepared by acylation reaction between chitosan and citric acid, and its weight-average molar mass and water solubility were respectively determined. Then the structural characterization was described by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and nuclear magnetic resonance (NMR) to corroborate acylation reaction. In addition, we explored their adsorption effects on heavy metal cadmium ions and their ability of removing hydroxyl and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radicals. Results indicated that compared with chitosan, the weight-average molar mass and water solubility of chitosan-citric acid clearly increased. At the same time, structural characterization directly or indirectly proved that citric acid was successfully introduced into chitosan via acylation reaction and the structure differences resulted in property differences. In addition, the adsorption effects of heavy metal cadmium ions and free radicals scavenging ability of chitosan-citric acid were better than that of chitosan. This research can provide the certain research foundation for the further applications of chitosan and its derivatives in practical application.Key words: chitosan; chitosan-citric acid; structural properties; funtional properties中图分类号:TS201.7 文献标志码:A 文章编号:____________________________________收稿日期:基金项目:农业部公益性行业专项“大宗水果加工副产物与残次果综合利用技术研究与示范”(201303076);农业部公益性行业专项“园艺作物产品加工副产物综合利用”(201503142-01)作者简介:崔文慧(1989—),女,硕士,研究方向为农产品加工与贮藏工程。
壳聚糖

文献综述钟士亮 041511130壳聚糖(chitosan)是甲壳素N-脱乙酰基的产物,是由β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖单元和β-(1,4)-2-乙酰胺基-2-脱氧-D-葡萄糖单元组成的共聚体[1]。
而甲壳素是地球上最丰富的高分子化合物之一,每年的天然产量达上百亿吨,仅次于纤维素。
甲壳素与Ca2+是虾、蟹、昆虫的外壳、藻类、菌类细胞壁的主要构成成分[2]。
壳聚糖是迄今发现的唯一具有明显碱性、带正电荷的天然多糖类有机高分子。
壳聚糖分子结构中含有氨基、羟基、氧桥以及富含电子的吡喃环活性基团,通常在生物体内表现出极强的亲和性,同时具有抗菌活性等,但是,壳聚糖结构上大量的羟基和氨基,使得壳聚糖分子间与分子内有强烈的氢键作用,所以壳聚糖不溶于一般溶剂和水,但可以溶解于稀酸,如醋酸,盐酸等,这使得壳聚糖的推广应用受到很大程度上的限制,因此改善壳聚糖的溶解性能特别是改善其水溶性,是壳聚糖改性研究中最重要的方向之一[3-4]。
壳聚糖在生物学和医学上都具有潜在的应用价值。
据报道壳聚糖单体,有许多独特的生理活性,促进脾脏抗体生长,抑制肿瘤细胞[5];强化肝脏功能,降低血压,吸附胆固醇;在微酸环境中具有较强的抗菌作用和显著的吸湿保湿力;活化植物细胞,促进植物快速生长[6]。
壳聚糖能促进血液凝固,可用作止血剂。
它还可用于伤口填料物质,良好的生物相容性和生物可降解性,还具有消炎、减少创面渗出和促进创伤组织再生、修复和愈合的作用。
壳聚糖结构如下图1.1:图 1.1 壳聚糖的结构式它分子链上的胺基和羟基都是很好的配位基团。
1 壳聚糖的性质1.1壳聚糖物理化学性质1811年法国科学家Braconno提取得到的甲壳素,甲壳素通过脱乙酰化得到壳聚糖,从此人们对它的研究越来越多。
壳聚糖呈白色或灰白色,略有金属光泽,为透明且无定形固体。
在185 ℃下开始分解,不溶于水和稀碱,可溶于大多数有机酸和部分无机酸中,壳聚糖分子中同时存在大量的氨基和羟基,因此可以进行相应的修饰、接枝、以及活化等[7]壳聚糖以其氢键相互交联成网状结构,利用适当的溶剂,可制成透明的的薄膜,壳聚糖的溶液具有粘性是一种理想的成膜物。
壳聚糖的物理性质及应用领域探究

壳聚糖的物理性质及应用领域探究壳聚糖是一种天然高分子多糖,具有多种优秀的物理性质和广泛的应用领域。
本文将探究壳聚糖的物理性质及其在不同领域的应用。
首先,壳聚糖具有良好的水溶性。
由于其分子结构中含有大量的氨基和羟基官能团,壳聚糖能够与水分子之间形成氢键,从而使其在水中能够很好地溶解。
这种优良的水溶性使得壳聚糖在生物医学领域的应用大放异彩,例如用作药物递送系统、组织工程支架和创伤敷料等。
其次,壳聚糖具有优秀的生物可降解性和生物相容性。
壳聚糖能够被生物体内的酶和微生物降解,最终生成对生物体无害的产物。
这种生物可降解性使得壳聚糖成为一种理想的药物递送材料,可以用于缓释药物,并在药物释放后自动降解。
此外,壳聚糖的生物相容性也非常好,可以减少生物体的免疫反应和毒副作用,因此在生物医学领域广泛应用于制备各种生物材料和生物医用品。
第三,壳聚糖具有良好的膜性能。
壳聚糖膜具有较高的机械强度和韧性,可以用于制备各种薄膜材料,例如膜分离、渗透膜和生物传感器等。
同时,壳聚糖膜还具有良好的渗透性,能够选择性地允许某些物质通过而阻隔其他物质的通过,因此被广泛应用于水处理、气体阻隔和化学分离等领域。
第四,壳聚糖具有一定的抗菌性能。
壳聚糖分子中的阳离子胺基团能够与微生物表面的阴离子键合,从而破坏细菌和真菌的细胞膜结构,进而实现抑制和杀灭微生物的作用。
因此,壳聚糖被广泛应用于医药、食品和农业领域的抗菌和防腐剂。
除了上述物理性质外,壳聚糖还具有一些特殊的应用领域。
例如,壳聚糖在食品工业中被用作稳定剂、增稠剂、乳化剂和果蔬保鲜剂等。
在纺织工业中,壳聚糖可以用于染料的固定和防褪色剂的制备。
此外,壳聚糖还可以用于制备生物降解塑料、土壤修复剂、海水淡化膜等。
综上所述,壳聚糖作为一种天然高分子多糖,具有多种优秀的物理性质和广泛的应用领域。
其良好的水溶性、生物可降解性、生物相容性、膜性能、抗菌性能以及特殊的应用领域,使得壳聚糖在生物医学、食品、纺织、环境和农业等各个领域都发挥着重要作用。
壳聚糖的结构_性质和应用

壳聚糖的结构_性质和应用壳聚糖(Chitosan)是一种重要的生物高分子材料,在生物医学、食品、环境和农业领域有广泛的应用。
它是由葡萄糖与脱乙酰化合而成的线性共聚物,具有多种独特的化学性质和生物功能。
下面将详细介绍壳聚糖的结构、性质和应用。
壳聚糖的性质:1.可降解性:壳聚糖是可生物降解的材料,可以通过酶或微生物的作用在自然环境中迅速降解,不会对环境造成污染。
2.生物相容性:壳聚糖具有良好的生物相容性,能够与生物体组织亲和,不会引起免疫反应和排斥反应,适用于生物医学领域的应用。
3.凝胶性:壳聚糖在酸性溶液中易形成凝胶,可以通过调节pH或温度控制凝胶的形成和溶解,具有良好的胶体稳定性。
4.亲水性:壳聚糖具有较强的亲水性,能够吸附水分并保持水分平衡,可以用于保湿剂和水凝胶材料的制备。
5.电荷性:壳聚糖是一种阳离子高分子,表面带正电荷,可以与带负电荷的物质发生吸附和离子交换反应。
6.生物活性:壳聚糖具有抗菌、抗氧化、促进伤口愈合、增强细胞黏附和生长等生物活性,有助于促进组织修复和治疗。
壳聚糖的应用:1.医药领域:壳聚糖具有良好的生物相容性和生物活性,可以用于制备药物输送系统、伤口敷料、组织工程支架、缓控释药物等。
其独特的凝胶性质可以用于制备药物凝胶和水凝胶材料。
2.食品工业:壳聚糖具有保湿、抗菌和稳定乳化等性质,在食品加工中常用作食品包装材料的抗菌涂层、保湿剂、稳定剂和乳化剂等。
此外,壳聚糖还可以用于食品油脂的净化、脱色和脱臭等处理过程。
3.环境保护:壳聚糖具有吸附重金属离子、有机物和染料等的能力,在环境污染的治理中有广泛应用。
壳聚糖还可以用于水处理、土壤修复、污水处理和废气处理等领域。
4.农业领域:壳聚糖可以作为植物生长调节剂和农药增效剂等农业化学品的新载体和添加剂。
壳聚糖也可以制备水凝胶耕作剂、农药缓控释剂和土壤调理剂等。
总结:壳聚糖是一种重要的生物高分子材料,具有多种独特的化学性质和生物功能。
它在医药、食品、环境和农业等领域有广泛的应用,如药物输送系统、伤口敷料、食品包装材料、环境污染治理和农业化学品等。
壳聚糖的结构与性质研究

壳聚糖的结构与性质研究壳聚糖(Chitosan)是一种天然聚合物,由甲壳贝类的外壳中提取而来。
它具有广泛的应用领域,包括医药、食品、化妆品、纺织品和环境保护等方面。
本文将重点探讨壳聚糖的结构和性质。
一、壳聚糖的结构壳聚糖是由N-乙酰葡萄糖胺和D-葡萄糖胺分子通过1,4-β-型醣苷键连接而成的聚合物。
在壳聚糖结构中,N-乙酰葡萄糖胺的乙酰基部分部分或完全被去除,生成去乙酰壳聚糖。
壳聚糖的分子量范围广泛,从几千到几十万不等。
二、壳聚糖的性质1. 可溶性:壳聚糖在酸性溶液中可溶解,但在碱性或中性条件下会凝胶化。
这种可溶性的特点使得壳聚糖在医药和化妆品领域具有良好的应用前景。
2. 生物相容性:壳聚糖是一种天然的生物大分子,与人体组织兼容性好,可降低药物和化学物质对人体的毒性和副作用。
3. 生物可降解性:壳聚糖可通过微生物酶的作用迅速降解,产生二聚体和单体,最终被人体代谢掉。
这一性质使其成为环境友好的替代材料。
4. 凝胶形成能力:在适当条件下,如酸性pH和低温,壳聚糖能形成凝胶。
这种凝胶具有可调控的孔隙结构和高比表面积,有助于药物包埋和释放。
5. 抗菌性能:壳聚糖具有一定的抗菌性能,可以抑制某些细菌和真菌的生长。
这使得壳聚糖在医药、食品和农业领域有广泛的应用。
三、壳聚糖的应用1. 医药领域:壳聚糖在医药领域的应用包括药物缓释、创伤敷料、骨修复材料和生物胶原膜等。
由于其生物相容性和可降解性,壳聚糖在药物传递系统中得到广泛应用,可以控制药物的释放速率和提高生物利用度。
2. 食品领域:壳聚糖因其结构独特、生物活性和可溶性,被广泛用于食品工业中作为稳定剂、增稠剂和乳化剂等。
此外,壳聚糖还可以用于食品保鲜、防腐和抗氧化等。
3. 环境保护:壳聚糖可用于废水处理,可以吸附重金属离子和有机物,起到净化水质的作用。
此外,壳聚糖还可用于制备生物降解塑料,有助于减少对环境的污染。
4. 纺织品领域:将壳聚糖修饰在纺织品上,可以赋予纺织品良好的吸湿性和抗菌性能,提高穿着舒适度和卫生性。
壳聚糖的结构_性质和应用

壳聚糖的结构 、 性质和应用
STRUCTURAL AND CHARACTER AND APPL ICATION OF CHITOSAN
林炎平
可见 ,这种带有 22胺基2D2葡萄糖通过β 2( 1 , 4 ) 糖苷链联结的直链大分子生物多糖 , 随脱乙酰度的 不同 , 其分子链中存在含量不同的 22N2乙酰基葡萄 糖和 22胺基葡萄糖两种结构单元 :
1 前言
近年来 ,国内一些企业掀起了甲壳质生产热潮 , 人们对这一新兴产业的发展前景表现了极大关注 , 而以半成品甲壳质为生产原料制造的产物壳聚糖 , 其在医药 、 食品 、 化工 、 化妆品 、 饮用水工程和废水处 理、 金属提取和重金属回收 、 生化和生物医学工程 、 照像术 、 纺织印染 、 造纸 、 烟草以及农业诸多领域中 的应用研究取得了重大进展 。我国具有丰富的甲壳 质资源 ,充分利用这种天然高分子的生物官能性和 相容性 、 血液相容性 、 安全性 、 微生物降解性 、 化学结 构特殊性和可修饰性 , 组织生产出具备高脱乙酰度 和高粘度相兼顾的高品位壳聚糖产品 , 以及对其众 多衍生物的研究 、 开发和应用 , 以满足各种需要 , 有 良好的经济效益和社会效益 , 对相关行业的发展具 有重要意义 。
312 食品工业
使氯化消毒处理时生成的有机氯化物相应减少 , 水 中 残 留 Fe3 + 、Al3 + 浓 度 仅 为 0 1057 mg/ L 和
0 1015 mg/ L 。复合絮凝剂处理后 , 饮用水的质量明
显提高 。
313 化学工业
用于工业废水处理 ,过渡金属离子吸附和回收 , 高选择性醇 、 水分离膜 , 聚合型染料添加剂 , 玻璃纤 维整理剂 ,皮革整理剂 ,化学试剂等 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
壳聚糖及壳聚糖-柠檬酸结构性质和功能性质的比较崔文慧,郭 芹,李庆鹏,靳 婧,哈益明*(中国农业科学院农产品加工研究所,农业部农产品加工与质量控制重点实验室,北京100193)摘要:将壳聚糖进行酰化改性制得壳聚糖-柠檬酸,测定其重均分子质量及水溶性,然后利用傅里叶红外光谱仪、电子扫描电镜仪、热重分析仪、X-衍射仪及核磁共振仪对它们进行结构表征,确证酰化反应的发生,并且探讨壳聚糖和壳聚糖-柠檬酸对重金属镉离子的吸附效果及对羟基自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl,DPPH)自由基的清除效果。
结果表明:与壳聚糖相比,壳聚糖-柠檬酸的重均分子质量和水溶性都明显增加;结构表征直接或间接证明壳聚糖与柠檬酸发生酰化反应,结构差异导致性质差异;壳聚糖-柠檬酸对重金属镉离子的吸附效果及对自由基的清除能力均优于壳聚糖。
该研究为壳聚糖及其衍生物在实际中的进一步应用提供一定的研究基础。
关键词:壳聚糖;壳聚糖-柠檬酸;结构性质;功能性质Comparation on Structural and Functional Properties of Chitosan and Chitosan-citric AcidCUI Wenhui, GUO Qin, LI Qingpeng, JIN Jing, HA Yiming*(Agro-products Processing and Quality Control Key Laboratory of Ministry of Agriculture, Institute Agro-products Processing Science and Technology Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100193, China)Abstract: Chitosan-citric acid was prepared by acylation reaction between chitosan and citric acid, and its weight-average molar mass and water solubility were respectively determined. Then the structural characterization was described by fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray diffraction (XRD) and nuclear magnetic resonance (NMR) to corroborate acylation reaction. In addition, we explored their adsorption effects on heavy metal cadmium ions and their ability of removing hydroxyl and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) free radicals. Results indicated that compared with chitosan, the weight-average molar mass and water solubility of chitosan-citric acid clearly increased. At the same time, structural characterization directly or indirectly proved that citric acid was successfully introduced into chitosan via acylation reaction and the structure differences resulted in property differences. In addition, the adsorption effects of heavy metal cadmium ions and free radicals scavenging ability of chitosan-citric acid were better than that of chitosan. This research can provide the certain research foundation for the further applications of chitosan and its derivatives in practical application.Key words: chitosan; chitosan-citric acid; structural properties; funtional properties中图分类号:TS201.7 文献标志码:A 文章编号:____________________________________收稿日期:基金项目:农业部公益性行业专项“大宗水果加工副产物与残次果综合利用技术研究与示范”(201303076);农业部公益性行业专项“园艺作物产品加工副产物综合利用”(201503142-01)作者简介:崔文慧(1989—),女,硕士,研究方向为农产品加工与贮藏工程。
E-mail:cuiwenhui07@*通信作者:哈益明(1957—),男,教授,博导,研究方向为农产品贮藏保鲜与质量安全。
E-mail:hayiming@工业化进程的加快虽推动了经济和社会的发展,但同时也带来了环境污染,尤其是重金属污染。
重金属污染指由重金属及其化合物造成的污染[1]。
常见的重金属主要有铅、镉、汞、砷和铬等,其中镉在工业中应用较为广泛,主要用于电池、冶炼、采矿、化工、电镀和染料,这些过程中会产生大量含镉污染物[2-3]。
一般条件下,它们的性质比较稳定,不易分解[4]。
当这些含镉污染物排放到环境中会污染土壤及地表水,进而通过食物链进入人体,长期蓄积至一定量,可导致人的肾脏及肝脏等器官发生病变,还可能引发骨痛病,甚至影响下一代的健康[3-4]。
1955年日本富士山发生的骨痛病事件就是由于人们长期饮用被镉污染的水及食用被镉污染的粮食所致[5]。
目前,国内外常见的重金属污染物处理方法主要包括化学法(化学还原法、化学沉淀法和电解法等)、生物化学法(植物修复法和生物絮凝法)和物理化学法(膜分离法、离子交换法和吸附法等)[6-8]。
化学还原法常用于预处理阶段;化学沉淀法处理过程中会使用大量的化学试剂,易形成二次污染;电解法操作方便、无二次污染,但成本较高。
植物修复法目前技术条件还不成熟;生物絮凝法处理效果较差。
膜分离法分离效率高,但膜易被污染使得处理费用增加;离子交换法高效方便,但选择一个交换性能好的离子交换树脂较难;吸附法因其易于操作、处理效果好、成本低、二次污染小而应用广泛[6-8]。
常用的吸附剂有活性炭、壳聚糖和纤维素等,壳聚糖因其良好的生物可降解性、资源丰富和吸附性好等特点,常用于重金属离子的吸附[9]。
壳聚糖(chitosan,CTS)是由单体2-氨基-2-脱氧-β-D葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成,由结构式(图1)看出,分子中含有大量的氨基和羟基,这些基团中存在孤对电子,与重金属离子可形成稳定的螯合物[10-11]。
但壳聚糖仅溶于稀酸溶液,在酸性条件下,壳聚糖C2位上的-NH2易形成-NH3+,不利于对重金属离子的吸附,使得吸附效果差,限制了它的应用[12]。
但壳聚糖分子中的氨基和羟基具有一定的活性,可通过化学改性方法引入新的基团改善壳聚糖本身的不足[13-15]。
目前,已有很多壳聚糖改性产物应用于重金属离子的吸附研究,但有关壳聚糖-柠檬酸对重金属镉离子的吸附研究鲜有报道。
本文主要研究本实验室制备的壳聚糖-柠檬酸对重金属镉离子的吸附效果并与壳聚糖比较,并探讨对重金属镉离子的吸附机理。
同时初步研究壳聚糖及壳聚糖-柠檬酸对羟基自由基和DPPH自由基的清除效果,为壳聚糖及其衍生物在实际中的应用提供了一定的研究基础。
图1 壳聚糖的结构式Fig.1 The structural formula of chitosan1 材料与方法1.1 材料与试剂壳聚糖(食品级)购于上海西宝生物科技有限公司,线性电位滴定法测定其脱乙酰度为84.40%,十八角度激光光散色仪测定其重均分子质量为261,000。
柠檬酸、次亚磷酸钠和冰乙酸(优级纯)国药集团化学试剂有限公司;无水乙酸钠(优级纯)和叠氮化钠(优级纯)上海Aladdin试剂有限公司;葡聚糖(优级纯,其相对分子质量为40,000)和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)德国Sigma 试剂有限公司;无水乙醇、溴化钾、硫酸亚铁、水杨酸、70%浓硝酸和30%双氧水北京化工厂;重金属镉片上海金山亭新化工试剂厂;70%浓硝酸(BV-Ⅲ级)和30%过氧化氢(BV-Ⅲ级)北京化学试剂研究所;实验室用水为超纯水;试剂除特殊说明外均为分析纯。
1.2 仪器与设备YP1407033电子天平上海佑科仪器仪表有限公司;CP 213电子天平奥豪斯仪器上海有限公司;DGG-9140A电热恒温鼓风干燥箱武汉利辉环境检测设备有限公司;SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵河南省巩义市予华仪器有限责任公司;SHB-Ⅲ循环水式真空泵郑州长城科工贸有限公司;FD-1A-50冷冻干燥机北京博医康实验仪器有限公司;DAWN HELEOS Ⅱ激光光散色仪美国Wyatt技术公司;769YP-15A粉末压片机天津市科器高新技术公司;Tensor 37傅里叶红外光谱仪德国Bruker仪器公司;Quanta 200-FEG场发射环境扫描电子显微镜美国FEI仪器公司;Pyris-115热重分析仪美国Perkin Elmer仪器公司;Rigaku Dmax/2400 X-衍射仪日本Rigaku 仪器公司;Bruker-400核磁共振谱仪瑞士Bruker仪器公司;Neofuge 15R台式高速冷冻离心机上海力申科学仪器有限公司;MARS 240/50 CEM密闭微波消解系统美国MATTHEWS公司;Agilent 7700电感耦合等离子质谱仪美国Agilent Company;T6新世纪紫外可见分光光度计北京普析通用仪器有限责任公司。