第2章　羧基、氨基修饰的磁性壳聚糖纳米吸附材料

壳聚糖分子链中含有大量的羟基和氨基等吸附位点，可与重金属离子进行物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。物理吸附是通过静电引力、疏水交互作用、范德华力等的吸附，是多层吸附，没有选择性。化学吸附是单层吸附，有选择性。离子交换吸附是壳聚糖在溶液中与废水中的离子进行离子交换反应，是等当量交换吸附，也没有选择性。

交联壳聚糖通过其分子结构中的—OH和—NH₂，与多种重金属离子形成稳定的螯合物结构，而不吸附K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、S、C、HC等矿物质成分，因此可用于生活用水的过滤、工业废水的处理等。研究认为伯氨基中的N上的孤对电子可投入到重金属离子的空轨道中，通过配位键结合，形成极好的螯合聚合物，因此很易吸收重金属离子。

壳聚糖分子上含有大量的氨基与羟基，这些基团可以和金属离子配位、螯合从而可以去除污水中的金属离子。但是壳聚糖本身的缺点，如在酸溶液中的不稳定性、对金属离子的吸附能力有限等，使得壳聚糖需要改性修饰以后才能运用到实践中。本章对壳聚糖进行了氨基和羧基改性，增加了壳聚糖分子的吸附点，提高了其吸附能力，又制备了磁性物质Fe₃O₄纳米颗粒，并与改性壳聚糖交联制得了磁性交联壳聚糖微球。磁性壳聚糖微球使磁分离技术很好地运用在了废水处理中。磁分离技术处理对象可以是一般的废水，而磁性壳聚糖吸附各种物质后，再通过外加磁场可将带磁性的吸附剂及水中污染物质快速去除，而吸附质和吸附剂通过酸洗等方法分离，这样既方便又快速地使污水得到处理，吸附剂还能重复使用，降低了工艺费用，又节省了原材料。这样就使得磁分离技术在各种情况的水处理工程中的广泛应用成为可能。

金属离子印迹聚合物（metal ion-imprinted polymers），是指以金属离子为模板，利用分子印迹技术制备对模板金属离子有选择性吸附的高分子功能材料。第一次金属离子印迹聚合物的合成是由Kabanov和Nishide研究小组完成的。他们首先将能与金属离子相配合的功能单体制成线形聚合物，然后与金属离子形成络合物，与骨架单体交联聚合形成金属离子印迹聚合物，通过酸洗等后处理去除印迹离子，即得到金属离子印迹聚合物。实验结果表明，与未印迹聚合物相比，印迹聚合物对印迹金属离子的选择性明显提高。由这一成功的工作开始，许多金属离子包括过渡金属离子、重金属离子以及金属络合物，如Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Cd²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、镧系元素等，均已成功地用于分子印迹聚合物的制备。金属离子印迹技术是分子印迹技术研究的一个分支方向，是与有机分子印迹技术一同发展起来的交叉学科。影响金属离子印迹效应的主要有以下几个因素：①配体与金属离子之间特异的反应性；②金属离子的配位几何构型和配位数；③金属离子的电荷数；④金属离子的尺寸大小。