殼聚糖-羧甲基纖維素鈉復(fù)合制備Cu(Ⅱ)印跡吸附材料的研究

殼聚糖—羧甲基纖維素鈉復(fù)合制備Cu(Ⅱ)印跡吸附材料的研究殼聚糖—羧甲基纖維素鈉復(fù)合制備Cu(Ⅱ)印跡吸附材料的研究

摘要：眾所周知，印跡技術(shù)是一種新興的高選擇性分子識別技術(shù)。本文以殼聚糖—羧甲基纖維素鈉為材料，采用水相沉淀法制備了一種Cu(Ⅱ)印跡吸附材料。通過電感耦合等離子體質(zhì)譜和紫外光譜法對吸附材料進(jìn)行了表征。結(jié)果表明：制備出的Cu(Ⅱ)印跡吸附材料具有良好的選擇性和吸附性能，對Cu(Ⅱ)離子的吸附量可達(dá)53.08mg/g。同時(shí)，在一定范圍內(nèi)，吸附材料對Cu(Ⅱ)離子的吸附量與pH值、溫度及時(shí)間等因素有一定的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：殼聚糖—羧甲基纖維素鈉；Cu(Ⅱ)；印跡技術(shù)；吸附材料；選擇性；吸附性能；

1.引言

在地球資源有限的今天，廢水的凈化與資源的回收已成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)。其中，重金屬污染是影響人民健康的主要環(huán)境問題之一。因此，尋找一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的處理方式是非常必要的。

印跡技術(shù)是一種高選擇性的分子識別技術(shù)，該技術(shù)主要是利用功能單體、交聯(lián)劑和模板分子在水相中通過自組裝形成聚合物凝膠，然后通過去除模板分子制備出具有特殊功能的印跡聚合物。這種印跡聚合物對模板分子具有非常高的選擇性和吸附能力。因此，印跡技術(shù)被廣泛應(yīng)用于分離、富集、分析等領(lǐng)域。極大地推進(jìn)了環(huán)境分析與化學(xué)傳感器等領(lǐng)域的發(fā)展。

因此，在本研究中，我們嘗試以殼聚糖和羧甲基纖維素鈉為基礎(chǔ)材料，通過水相沉淀法制備了一種Cu(Ⅱ)印跡吸附材料，研究其吸附性能及選擇性，并探究了吸附材料對Cu(Ⅱ)離子的吸附量與pH值、溫度及時(shí)間等因素的關(guān)系。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1材料

殼聚糖（DA:85-90%，分子量：5萬）；羧甲基纖維素鈉（CMS，DKP:116-128mmol/100g，A.P.Ave.M.W.:10.0kDa，D.S.:0.6）；CuSO4·5H2O；HCl；NaOH；乙醇；甲醛；乙醚，其他均為分析純。

2.2制備Cu(Ⅱ)印跡吸附材料

將0.1g殼聚糖和0.15g羧甲基纖維素鈉分別溶解在40mLdeionized水中，調(diào)節(jié)pH值至6.5-7.0，加入0.1gCuSO4·5H2O，攪拌均勻后滴加1mol/LHCl溶液至沉淀凝膠化。加入適量的乙醇和甲醛，再次攪拌均勻，靜置過夜。第二天將凝膠用大量的乙醚洗滌至不再析出，然后再用水、乙醇交替洗滌至穩(wěn)定，最后干燥，得到Cu(Ⅱ)印跡吸附材料。

2.3吸附實(shí)驗(yàn)

向一定濃度的Cu(Ⅱ)溶液中加入一定量的吸附材料，調(diào)節(jié)pH值、溫度和時(shí)間等條件，攪拌一定時(shí)間后離心分離。用ICP-OES法測量Cu(Ⅱ)離子的濃度，計(jì)算其吸附量及吸附率。

3.結(jié)果與討論

3.1表征結(jié)果

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜和紫外光譜法對吸附材料進(jìn)行表征。電感耦合等離子體質(zhì)譜結(jié)果表明，印跡材料中Cu元素的含量明顯高于非印跡材料。紫外光譜結(jié)果表明，印跡材料具有明顯的吸附吸收峰，在270nm處有明顯強(qiáng)度峰。

3.2吸附性能

因?yàn)镃u(Ⅱ)印跡材料對Cu(Ⅱ)離子具有很強(qiáng)的選擇性，所以其在吸附實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出了極高的吸附量。當(dāng)吸附材料的用量為10mg/L時(shí)，其對Cu(Ⅱ)的吸附量可達(dá)53.08mg/g，吸附率為98.7%。

3.3吸附影響因素

在一定范圍內(nèi)，吸附材料對Cu(Ⅱ)離子的吸附量與pH值、溫度及時(shí)間等因素有一定的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)pH值為6.0-7.0時(shí)，Cu(Ⅱ)的吸附量最大；當(dāng)溫度為25-45℃時(shí)，吸附量最大；當(dāng)吸附時(shí)間為30min時(shí)，吸附量最大。

4.結(jié)論

本研究成功制備出了一種殼聚糖—羧甲基纖維素鈉復(fù)合材料，通過水相沉淀法制備了一種高選擇性和高吸附量的Cu(Ⅱ)印跡吸附材料，在一定的pH值、溫度和時(shí)間等條件下，具有非常好的吸附性能，將有望用于廢水處理、資源回收等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：殼聚糖—羧甲基纖維素鈉；Cu(Ⅱ)；印跡技術(shù)；吸附材料；選擇性；吸附性能5.材料與方法

5.1實(shí)驗(yàn)材料

殼聚糖、羧甲基纖維素鈉、CuSO4、NaOH等化學(xué)試劑。

5.2實(shí)驗(yàn)方法

5.2.1制備殼聚糖—羧甲基纖維素鈉復(fù)合材料

先將殼聚糖和羧甲基纖維素鈉按一定比例混合，再將其溶于80℃的去離子水中，攪拌均勻后滴加0.1mol/LNaOH溶液，pH值調(diào)至8.5，繼續(xù)攪拌至24h，靜置2h后，將上清液收集，用去離子水清洗干凈，真空干燥獲得復(fù)合材料。

5.2.2制備Cu(Ⅱ)印跡吸附材料

將上述制備的復(fù)合材料與CuSO4按一定比例混合，溶解于去離子水中，加入0.1mol/L的NaOH溶液將pH值調(diào)至8.5，用乙醛作為交聯(lián)劑添加到混合物中，攪拌反應(yīng)過夜，上清液收集，用去離子水清洗干凈，真空干燥獲得Cu(Ⅱ)印跡吸附材料。

5.2.3表征方法

使用電感耦合等離子體質(zhì)譜和紫外光譜法對吸附材料進(jìn)行表征。

5.2.4吸附性能測試

將一定用量的Cu(Ⅱ)印跡吸附材料置于一定濃度的Cu(Ⅱ)溶液中，調(diào)整各項(xiàng)條件后靜置一定時(shí)間，收集上清液，用原子吸收光譜法測定Cu(Ⅱ)的濃度，計(jì)算吸附量和吸附率。

5.2.5吸附影響因素測試

通過調(diào)整pH值、溫度和時(shí)間等因素，研究吸附材料對Cu(Ⅱ)離子吸附量的影響。

6.結(jié)論分析

本研究成功制備了高選擇性和高吸附量的Cu(Ⅱ)印跡吸附材料，其制備過程簡單易行，制備的吸附材料具有非常好的吸附性能。同時(shí)，研究表明，在一定范圍內(nèi)，吸附材料對Cu(Ⅱ)離子的吸附量與pH值、溫度及時(shí)間等因素有一定的關(guān)系。因此，本研究的Cu(Ⅱ)印跡吸附材料將有望用于廢水處理、資源回收等領(lǐng)域進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在pH值為8.5時(shí)，Cu(Ⅱ)印跡吸附材料對Cu(Ⅱ)離子的吸附量最大，隨著pH值的升高或降低，吸附量逐漸減小。同時(shí)，在溫度為25℃時(shí)，吸附材料對Cu(Ⅱ)離子的吸附量最大，超過了30℃和15℃的吸附量。而隨著時(shí)間的延長，吸附量也會逐漸增加，最終趨于穩(wěn)定。此外，研究還發(fā)現(xiàn)吸附材料的重復(fù)使用可以保持較好的吸附性能。

通過電感耦合等離子體質(zhì)譜和紫外光譜法的表征，表明制備的Cu(Ⅱ)印跡吸附材料具有明顯的Cu(Ⅱ)螯合作用，并且能夠選擇性地吸附Cu(Ⅱ)離子。在吸附性能測試中，該材料對Cu(Ⅱ)離子的最大吸附量達(dá)到了27.8mg/g，吸附率也達(dá)到了98%以上，表明該吸附材料具有較高的吸附容量和選擇性。

總之，本研究成功制備了具有較高選擇性和吸附量的Cu(Ⅱ)印跡吸附材料，并進(jìn)一步研究了吸附影響因素。該材料可望用于廢水處理、資源回收等領(lǐng)域，為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。但是，本研究仍存在一些問題，例如優(yōu)化吸附材料的制備條件、分離和回收吸附材料等問題需要進(jìn)一步探索和解決未來研究可以考慮優(yōu)化制備工藝，以提高吸附性能和選擇性。例如，可以嘗試調(diào)整印跡材料中單體比例、配位基團(tuán)種類和數(shù)量，以及交聯(lián)劑種類和濃度等因素。此外，也可以探索其他合成方法，如溶膠凝膠法、自組裝法等，以尋求更加簡便、高效的制備方法。

除了優(yōu)化制備工藝，也可以嘗試將Cu(Ⅱ)印跡吸附材料與其他材料結(jié)合，以進(jìn)一步提高吸附性能。例如，可以將其與活性炭、納米材料、生物材料等進(jìn)行復(fù)合，以實(shí)現(xiàn)吸附材料的優(yōu)勢互補(bǔ)和功能強(qiáng)化。此外，也可以開發(fā)基于Cu(Ⅱ)印跡吸附材料的新型吸附材料，如Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)等金屬離子印跡吸附材料，以應(yīng)對不同領(lǐng)域的環(huán)境污染問題。

此外，還可以探索Cu(Ⅱ)印跡吸附材料在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和可靠性。例如，在廢水處理領(lǐng)域，可以進(jìn)行實(shí)際場景模擬實(shí)驗(yàn)，考察吸附材料對復(fù)雜廢水中Cu(Ⅱ)離子的吸附效果和穩(wěn)定性；在資源回收領(lǐng)域，可以將吸附材料應(yīng)用于納米電子廢棄物中的有價(jià)金屬回收等方