Page 42 - 《精细化工》2021年第10期

·1972· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

所示。但壳聚糖对金属离子的吸附能力受其溶解性、 壳聚糖/RTIL 纳米纤维具有串上珠结构，从而对
4+
脱乙酰度、活性官能团数量等多种因素的影响，并 Th 表现出更好的吸附性。上述研究表明，利用
且壳聚糖在酸性溶液中质子化严重，使得一部分氨 Materials studio 软件指导壳聚糖改性是可行的，可
基失去对金属离子的配位能力，影响了其对金属离 将该法应用于提高改性壳聚糖对金属离子去除效
子的去除效果。因此，对壳聚糖进行改性，改善其 果的研究中。
理化性质，提高对金属离子去除效率的研究具有重 本文从化学改性和物理改性两个方面介绍了壳
要意义。 聚糖改性的机理，详细阐述了交联改性法、接枝改
性法以及近年来新兴的磁化改性法和分子印迹法的

基本原理、改性过程和应用效果，并对壳聚糖微球、
壳聚糖膜等物理改性方法进行归纳总结。提出了利
用 Materials studio 模拟软件对分子模型和空间结构
进行预测，并以此指导壳聚糖改性；另一方面可将
化学改性和物理改性相结合，制备具有选择去除能
力的新型印迹壳聚糖基聚合物。

壳聚糖改性方法可分为化学法与物理法，其中 1 壳聚糖去除金属离子的机理
[3]
[2]
化学法包含交联改性法 、接枝改性法 、磁化改性
2+
2+
2+
[5]
[4]
法 、分子印迹法 等。以上方法的共性是以壳聚糖 已有研究表明，壳聚糖对 Cu 、Zn 、Pb 等
为功能单体，对其碳链上的氨基、羟基等官能团进 金属离子有良好的去除能力，这与其独特的分子结
行置换、重组，提升壳聚糖及其衍生物对金属离子 构和官能团活性有关。壳聚糖对金属离子的作用包
[6]
的去除效率。物理法包含制备壳聚糖微球 、壳聚 括物理吸附与化学吸附，物理吸附是利用低电位俘
[7]
糖膜 等，通过改变壳聚糖的物理形态，使其与金 获带正电荷的水溶性金属离子；化学吸附是壳聚糖
属离子接触面积变大，从而达到提高对金属离子去 分子中含有大量的氨基和羟基等活性官能团，N 原
除效果的目的。 子可提供孤对电子，与金属离子的空轨道以氢键或
在进行壳聚糖改性时，可以结合先进的 Materials 离子键的形式结合发生配位反应，形成具有网状结
studio 分子模拟软件进行研究。Materials studio 是利 构的分子，从而达到去除金属离子的目的。壳聚糖
用计算机平台获得分子或原子结构与行为的实验技 吸附金属离子时，物理吸附与化学吸附是同时存在
术，可以模拟材料结构、预测材料行为、计算材料 的。壳聚糖吸附金属离子的方式如下所示（以 Cu 2+
为例）。壳聚糖吸附金属离子效果的好坏，不仅与壳
性质、验证实验结果，在材料研究中具有重要的作
聚糖本身的性质有关还受体系 pH、吸附剂用量、吸
用，在化工、材料等领域的应用日趋广泛。图 1 为
附时间、吸附温度及金属离子浓度多方面的影响，
Materials studio 模拟的基本步骤。
进行吸附实验要同时考虑多种因素。

图 1 Materials studio 模拟的基本步骤
Fig. 1 Basic steps of Materials studio simulation

目前，基于 Materials studio 模拟软件对壳聚糖
的研究主要停留在对壳聚糖玻璃化转变温度的预测
上 [8] 。对壳 聚糖空间结 构模拟也有 少量报道，
[9]
PRAKASH 等 利用 Materials studio 软件对壳聚糖/

1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸钠（RTIL）的互混性和
相容性进行了有效的模拟，在此基础上考察其对 壳聚糖对金属离子的去除性能优于沸石、活性
4+
Th 的吸附效果。结果表明，RTIL 中的负电性原子 炭和硅藻土等材料，目前已有许多研究者将壳聚糖
可以与壳聚糖分子链上的羟基形成分子间氢键，使 应用于金属离子去除领域。张毅等 [10] 研究了壳聚糖