一種由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大孔材料是指孔徑尺寸大于50nm的多孔材料。近年來(lái)，人們逐漸意識(shí)到大孔材料作為高效吸附和分離材料有其獨(dú)特的性能，并且通過(guò)孔壁改性可使大孔材料具有良好的化學(xué)選擇性。作為高效吸附與分離材料，大孔材料在催化劑載體、大分子過(guò)濾與分離等物理、化學(xué)相關(guān)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)粉末吸附劑或催化劑相比，富有發(fā)達(dá)大孔結(jié)構(gòu)的整體型吸附劑或催化劑因具有低壓力降、高透過(guò)率與高傳質(zhì)效率等特點(diǎn)已成為一體化整體型吸附材料和催化劑的一個(gè)重要發(fā)展方向。
[0003]殼聚糖是甲殼素的脫乙酰產(chǎn)物。甲殼素在自然界中廣泛存在于節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、原生動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、海藻及真菌等生物體中，是地球上產(chǎn)量?jī)H次于纖維素的第二大可再生資源。殼聚糖是一種鏈狀結(jié)構(gòu)的生物大分子、具有良好的機(jī)械性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)又易通過(guò)接枝而改性，再加上其來(lái)源豐富、成本低廉、制備簡(jiǎn)單，是一種很有開(kāi)發(fā)利用前景的環(huán)境友好高分子材料，近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。
[0004]通過(guò)兩種或多種材料的功能復(fù)合、性能互補(bǔ)和優(yōu)化，制備性能優(yōu)良的復(fù)合材料是現(xiàn)代材料發(fā)展的趨勢(shì)。有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料是復(fù)合材料的新領(lǐng)域。在機(jī)械性能良好的無(wú)機(jī)基質(zhì)表面涂覆親水性、易于化學(xué)修飾的有機(jī)材料，是目前制備有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合材料的方向之一。
[0005]殼聚糖的分子結(jié)構(gòu)中含有大量自由的氨基和羥基，因此殼聚糖具有聚陽(yáng)離子、螯合、易成膜、PH敏感、濕度敏感等性質(zhì)和較高的化學(xué)活潑性，其分子中大量的氨基和羥基能與大孔二氧化硅材料中的羥基形成氫鍵，可以很好地吸附在S12大孔材料孔壁表面成膜，形成有機(jī)-無(wú)機(jī)大孔復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明所提供的由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料的制備方法是，以我們前期制備的薄板狀(長(zhǎng)10cm、寬3cm、厚0.3cm) S12大孔材料(Ruifeng Zhang,Nengbing Long, Lele Zhang, Thin Solid Films, 517 (2009)，6677-6680)為原料，將其切割成長(zhǎng)、寬、高為0.2?0.4em的塊體；利用該大孔材料具有穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)、孔徑大、傳質(zhì)效率高、孔道表面含有豐富的羥基等諸多特點(diǎn)，采用物理吸附法將殼聚糖吸附在S12大孔材料孔壁表面，再用雙功能交聯(lián)劑交聯(lián)殼聚糖大分子，形成一種由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料。具體制備方法如下:
[0008](I)殼聚糖溶液的配置:稱取一定質(zhì)量的殼聚糖溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I?3%的乙酸溶液中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5?5%的殼聚糖溶液；
[0009](2)殼聚糖在S12大孔材料中的吸附:稱取所需干燥的塊體S12大孔材料浸入步驟(I)中配制的殼聚糖溶液中，在室溫下振蕩I?12h，濾出大孔材料、真空干燥；先用堿溶液反復(fù)沖洗、再用蒸餾水反復(fù)沖洗，50?80°C下干燥2h ；
[0010](3)殼聚糖的交聯(lián):為防止殼聚糖的脫落，將步驟(2)中未用堿溶液或用堿溶液沖洗后干燥的大孔材料浸入含雙功能交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I?3%的溶液中振蕩反應(yīng)3?12h，濾出大孔材料、用蒸餾水反復(fù)沖洗、真空干燥，即得由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料產(chǎn)品。
[0011]步驟(2)中所述的堿溶液為氨水或碳酸鈉水溶液中的一種。步驟(3)中所述的雙功能交聯(lián)劑為戊二醛、乙二醛、乙二醇二縮水甘油醚或丁二醇二縮水甘油醚中的一種。
[0012]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:(1)本發(fā)明提供的復(fù)合材料的制備方法，其制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、對(duì)環(huán)境友好，易于大規(guī)模生產(chǎn)；(2)本發(fā)明制備的塊體大孔復(fù)合材料，孔徑大、傳質(zhì)效率高、機(jī)械強(qiáng)度高、水熱穩(wěn)定性好、易于從介體體系分離，可用作高效吸附劑或催化劑載體。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的范圍不受實(shí)施例的限制。
[0014]實(shí)施例1:
[0015](I)稱取0.4g的殼聚糖，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的乙酸溶液中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %的殼聚糖溶液；
[0016](2)稱取2g塊狀S12大孔材料于80°C下干燥2h，置于含I %殼聚糖溶液的磨口錐形瓶中，在25°C、轉(zhuǎn)速為50r.π?η 1的搖床中振蕩6小時(shí)、用8?10目的篩網(wǎng)濾出，將大孔材料在50°C真空干燥2h ；
[0017](3)將上述干燥后的大孔材料浸入含戊二醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I %的溶液中振蕩反應(yīng)6h，濾出大孔材料、用蒸餾水反復(fù)沖洗、真空干燥，即得由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料。
[0018]實(shí)施例2:
[0019](I)稱取1.2g的殼聚糖，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的乙酸溶液中，配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的殼聚糖溶液；
[0020](2)稱取2g塊狀S12大孔材料于80°C下干燥2h，置于含3%殼聚糖溶液的磨口錐形瓶中，在30°C、轉(zhuǎn)速為50r?"min 1的搖床中振蕩10小時(shí)、用8?10目的篩網(wǎng)濾出，將大孔材料在50°C真空干燥3h，先用0.1M的碳酸鈉溶液反復(fù)沖洗、再用蒸餾水反復(fù)沖洗，60°C下干燥2h ；
[0021](3)將上述60°C下干燥后的大孔材料浸入含乙二醇二縮水甘油醚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的溶液中振蕩反應(yīng)12h，濾出大孔材料、用乙醇和蒸餾水反復(fù)沖洗、真空干燥，即得由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)稱取一定質(zhì)量的殼聚糖溶于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I?3%的乙酸溶液中,配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5?5%的殼聚糖溶液； (2)稱取所需干燥的塊體S12大孔材料浸入步驟(I)中配制的殼聚糖溶液中，在室溫下振蕩I?12h，濾出大孔材料、真空干燥；先用堿溶液反復(fù)沖洗、再用蒸餾水反復(fù)沖洗，50?80°C下干燥2h ； (3)將步驟(2)中未用堿溶液或用堿溶液沖洗后干燥的大孔材料浸入含雙功能交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I?3%的溶液中振蕩反應(yīng)3?12h，濾出大孔材料、用蒸餾水反復(fù)沖洗、真空干燥，即得由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的堿溶液為氨水或碳酸鈉水溶液中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述的雙功能交聯(lián)劑為戊二醛、乙二醛、乙二醇二縮水甘油醚或丁二醇二縮水甘油醚中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由二氧化硅/殼聚糖超薄膜構(gòu)筑的塊體大孔復(fù)合材料及其制備方法，屬于功能多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合材料的制備原理是殼聚糖分子中大量的氨基和羥基能與大孔二氧化硅材料孔壁表面的羥基形成氫鍵，可以很好地吸附在塊體SiO2大孔材料孔壁表面成膜，形成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合物材料。其制備方法包括以下步驟：殼聚糖溶液的配置、殼聚糖在塊體SiO2大孔材料中的吸附和殼聚糖的交聯(lián)。本發(fā)明提供了一種新型塊體有機(jī)-無(wú)機(jī)大孔復(fù)合材料，具有制備工藝簡(jiǎn)單易行、成本低、對(duì)環(huán)境友好、塊體大孔復(fù)合材料易于從介體體系中分離出來(lái)等特點(diǎn)。產(chǎn)品可用作高效吸附劑或催化劑載體。
【IPC分類】C08K3/36, C08L5/08, C08J9/36
【公開(kāi)號(hào)】CN105085975
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410219662
【發(fā)明人】劉曉貞, 梁云霄, 張育淇, 張瑞豐, 李云, 鄭璐夢(mèng), 江思
【申請(qǐng)人】寧波大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月16日