一種復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油下超親水復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖氣凝膠的制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)含油廢水排放的增加和海洋石油泄漏的頻繁發(fā)生，油水分離已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)需要迫切解決的問(wèn)題。而許多有機(jī)合成反應(yīng)需要在無(wú)水的條件下進(jìn)行，對(duì)于水吸附劑也有迫切的需求。目前所存在的油水分離材料眾多，主要分為“除水型”和“除油型”材料。除油型材料種類繁多，按照基底物理形態(tài)可以分為多種，例如網(wǎng)膜基材料、織布基材料、顆粒物、海綿狀材料等等。但除油型油水分離材料容易在分離過(guò)程中出現(xiàn)污染和堵塞問(wèn)題?！俺汀辈牧洗蠖嘀挥袑訝畈牧希淳W(wǎng)膜基材料。海綿狀材料之一氣凝膠由于具有輕的密度和大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)近幾年被研究者廣泛的關(guān)注。而目前為止，吸油氣凝膠研究非常多，對(duì)于吸水氣凝膠還未見(jiàn)報(bào)道。由于吸油氣凝膠大多數(shù)需要復(fù)雜的制備條件和昂貴的疏水處理過(guò)程，很難應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0003]殼聚糖是蝦、蟹和昆蟲(chóng)殼骨架中提取物甲殼素的脫乙酰產(chǎn)物，是自然界中唯一的堿性多糖。它來(lái)源豐富，是一種可再生的天然高分子材料。殼聚糖具有生物相容性好、易生物降解、無(wú)毒、環(huán)境友好等特性殼聚糖及其衍生物有著廣泛的用途，特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可用作藥物載體、人工軟組織材料如人工皮膚等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠的制備方法及其應(yīng)用，解決了現(xiàn)在已有油水分離產(chǎn)品的制備方法中的高污染、高成本、需要大型儀器等的限制。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠的制備方法，基于殼聚糖天然無(wú)污染為材料，以綠色環(huán)保的冰晶作為模板，制備出三維結(jié)構(gòu)殼聚糖氣凝膠。具體制備步驟如下:
一、采用冰模板法制備三維網(wǎng)絡(luò)狀殼聚糖氣凝膠；
二、將步驟一所制備的三維網(wǎng)絡(luò)狀殼聚糖氣凝膠完全浸入水中，控制浸潤(rùn)時(shí)間為0.5?5s，外部水凝膠層厚度為0.5?4mm，得到外層是殼聚糖水凝膠、內(nèi)部是殼聚糖氣凝膠的復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖，外層可以選擇性吸水，內(nèi)部具有大的吸水容量；
三、將殼聚糖氣凝膠用于油下吸水:
將步驟二中制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖應(yīng)用于油水混合物中吸水，具體步驟是:將預(yù)浸潤(rùn)后的殼聚糖置于一定比例的油水混合物中，復(fù)合結(jié)構(gòu)吸水后，膨脹，取出，得到了純凈的油相。該油下吸水的應(yīng)用可以適用于需要嚴(yán)格無(wú)水環(huán)境下的化學(xué)反應(yīng)以及分離油水混合物。
[0006]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明的油下超親水、水下超疏油殼聚糖氣凝膠的制備方法簡(jiǎn)單綠色，實(shí)驗(yàn)參數(shù)可控，成本低，可用于制造一種油下超親水吸水氣凝膠。
[0007]2、本發(fā)明所提出的復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖是將氣凝膠和水凝膠組合應(yīng)用的一種新穎的概念和方法。
[0008]3、該方法制備的油下超親水殼聚糖材料有望成為未來(lái)油水分離材料發(fā)展提出了一個(gè)新的智能概念，為超浸潤(rùn)材料組合應(yīng)用提出了一個(gè)新方向
4、本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠的制備方法操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)參數(shù)可控，成本低，可用于制造快速吸水油水分離材料，該復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，外層是殼聚糖水凝膠可以選擇性吸水，內(nèi)部是殼聚糖氣凝膠具有大的吸水容量。且吸水過(guò)程后具有生物降解性，二次回收方便的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]5、該方法制備的氣凝膠經(jīng)過(guò)預(yù)浸潤(rùn)處理可以有效的用于油下吸水的應(yīng)用。這種綠色環(huán)保、簡(jiǎn)單低成本的方法非常有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，用于大規(guī)模油水分離的應(yīng)用。
[0010]6、本發(fā)明采用冰模板法制備的油下超親水殼聚糖氣凝膠，其三維多孔孔徑為20?300μπι，吸附容量達(dá)到40?150g/g，測(cè)試分離效率可以達(dá)到99.5%以上。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為殼聚糖氣凝膠的制備及應(yīng)用過(guò)程示意圖；
圖2為殼聚糖氣凝膠的宏觀光學(xué)照片圖；
圖3為殼聚糖氣凝膠的微觀形貌圖；
圖4為【具體實(shí)施方式】二制備的殼聚糖氣凝膠水下油接觸角測(cè)試圖；
圖5為【具體實(shí)施方式】三制備的殼聚糖氣凝膠水下油接觸角測(cè)試圖；
圖6為【具體實(shí)施方式】四制備的殼聚糖氣凝膠水下油接觸角測(cè)試圖；
圖7為【具體實(shí)施方式】二制備的殼聚糖氣凝膠油下水接觸角測(cè)試圖；
圖8為【具體實(shí)施方式】三制備的殼聚糖氣凝膠油下水接觸角測(cè)試圖；
圖9為【具體實(shí)施方式】四制備的殼聚糖氣凝膠油下水接觸角測(cè)試圖；
圖10為復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖水上油的吸水過(guò)程照片；
圖11為復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖水下油的吸水過(guò)程照片。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0013]【具體實(shí)施方式】一:如圖1所示，本實(shí)施方式按照如下步驟制備油下超親水殼聚糖氣凝膠:
第I步、采用冰模板法制備殼聚糖三維網(wǎng)絡(luò)氣凝膠
1、配制殼聚糖溶液(0.1?1wt %):將殼聚糖粉末(0.1?10g，Mw=100?1000)溶解在100暈升的醋酸水溶液(0.5?5 wt %)中。
[0014]2、將殼聚糖溶液注入一個(gè)塑料模具中，并用保鮮膜密封，通過(guò)-20?_40°C完全冷凍10~30h，取出后放入冷凍干燥機(jī)中，冷凍干燥3~7天，得到塊狀的殼聚糖氣凝膠(圖2-3)。
[0015]三維網(wǎng)絡(luò)狀殼聚糖氣凝膠是通過(guò)水冷凍成冰晶做為模板并干燥去除后形成。冷凍干燥的時(shí)間和醋酸的濃度將對(duì)殼聚糖的親水性以及后續(xù)的殼聚糖形成水凝膠層起決定性作用。醋酸的濃度和冷凍干燥的時(shí)間決定了殼聚糖氣凝膠殘留的醋酸的含量，決定了后續(xù)水凝膠層是否能形成。
[0016]第2步、對(duì)所制備的殼聚糖氣凝膠進(jìn)行預(yù)浸潤(rùn)。
[0017]由于殼聚糖表面既具有親水基團(tuán)又具有親油基團(tuán)，直接將干燥的殼聚糖氣凝膠用于油水混合物中吸附，將會(huì)導(dǎo)致不具有選擇性的吸附。殼聚糖表面預(yù)浸潤(rùn)后形成水凝膠層，由于水具有排斥油的作用，油將不能通過(guò)水凝膠層，而內(nèi)部的殼聚糖氣凝膠是大的水存儲(chǔ)器，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)保證對(duì)油水混合物選擇性的分離，且具有高的吸附容量。將步驟一所制備的三維網(wǎng)絡(luò)狀殼聚糖氣凝膠完全浸入水中，控制浸潤(rùn)時(shí)間為0.5?5s，外部水凝膠層厚度為
0.5?4_?？刂茪ぞ厶撬z層的厚度可以保證在完全斥油的情況下盡量大的吸附容量。殼聚糖氣凝膠由于孔內(nèi)被水填滿，外部形成殼聚糖水凝膠，內(nèi)部是殼聚糖