CN101210081A - 壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备 - Google Patents

壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，它是将壳聚糖溶解在含醋酸的胶体二氧化钛溶液内或将壳聚糖用醋酸溶解后再与胶体二氧化钛溶液混合，通过搅拌，使壳聚糖均匀分散在TiO2胶体溶液内，从而得到均匀的壳聚糖/TiO2混合溶液；混合液内壳聚糖的质量百分比为1～10％，TiO2的质量百分比为0.5～20％；混合液体经脱气后进行固结制成壳聚糖/二氧化钛复合材料。该方法制备的复合膜为透明或半透明的。本发明的制备方法简单，原料价廉，来源丰富，TiO2以纳米尺寸均匀分布在复合材料内。所制产品的用途广泛，对甲基橙等染料废水有良好的光催化降解特性等。本发明的复合材料可用作室内空气净化剂、工业污水处理剂、抗菌膜、自洁纤维和抗菌纤维等。

Description

壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备
技术领域
本发明属于天然高分子复合材料的制备，具体涉及一种壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备。
背景技术
壳聚糖是仅次于纤维素的第二大天然多糖，具有良好的抑菌特性，能抑制多种真菌的生长，具有杀菌率高、毒性低、生物相容性好的特点。此外，壳聚糖具有优良的成膜、纺丝和制备微球的特性(Ravi Kumar，M.N.V.Muzzarelli，R.A.A.Muzzarelli，C.et al.Chem.Rev.2004，104：6017-6084)。纳米TiO2具有高比表面积，作为光催化剂具有高效、催化范围广的特点。现有的壳聚糖/二氧化钛复合材料是如下方法制备的：申请号20041006078801，将纳米TiO2粉末分散在纤维素溶液内得到纤维素和纳米TiO2复合材料。TiO2具有大量表面羟基，能与壳聚糖存在较强的分子间相互作用而形成壳聚糖/TiO2复合膜。由于纳米TiO2存在粉末粒径相对较大，比表面积小，分散度差，纳米材料特性不明显的问题。并且，悬浮相的纳米TiO2在水中易团聚、失去活性，且反应后的催化剂的分离与回收困难。纳米TiO2粉末直接分散在高分子材料中的方法，存在TiO2难于以纳米尺寸分散的问题，这样制备的壳聚糖/TiO2复合膜为不透明状态。使复合材料的性能和应用受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种TiO2分散性好的壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，以解决上述问题。
本发明的技术方案为：壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，它是将壳聚糖溶解在含醋酸的胶体二氧化钛溶液内或将壳聚糖用醋酸溶解后再与胶体二氧化钛溶液混合，通过搅拌，使壳聚糖均匀分散在TiO2胶体溶液内，从而得到均匀的壳聚糖/TiO2混合溶液；混合液内含壳聚糖的质量百分比为1～10％，含TiO2的质量百分比为0.5～20％；混合液体经脱气后进行固结制成壳聚糖/二氧化钛复合材料。
所述胶体二氧化钛溶液是这样得到的：将钛酸丁酯通过酸进行水解方法得到胶体二氧化钛溶液。
将蒸馏水和浓硝酸或浓硫酸混合后，在搅拌条件下将无水乙醇和钛酸丁酯缓慢滴加到上述混合溶液内，滴完后，继续搅拌可得到胶体TiO2溶液；所述蒸馏水和浓硝酸或浓硫酸混的体积比为：220～280∶1；无水乙醇和钛酸丁酯的体积比为8～12∶1；钛酸丁酯与浓硝酸或浓硫酸的体积比为：1∶0.6～1.4。
所述含醋酸的胶体二氧化钛溶液是冰醋酸和胶体二氧化钛溶液，冰醋酸和胶体二氧化钛溶液的体积比为1～5∶100。
所述壳聚糖用醋酸溶解是将壳聚糖溶解在浓度为2％-5％的醋酸溶液中。
壳聚糖与胶体TiO2溶液的重量体积比为：0.5～8∶100g/mL。
本发明将壳聚糖溶解在胶体TiO2溶液内，使TiO2以纳米尺寸分布在复合材料内，避免煅烧方法得到纳米TiO2方法所需要的大量热量。所得到的壳聚糖/胶体TiO2溶液具有良好的加工性能，可成膜、纺丝和喷雾成微球，有利于工业化生产。由于TiO2以纳米尺寸均匀分布在复合材料内，所成膜为透明或半透明的状态。本发明的制备方法简单，原料价廉，来源丰富，。所制产品的用途广泛，对甲基橙等染料废水有良好的光催化降解特性等。本发明的复合材料可用作室内空气净化剂、工业污水处理剂、抗菌膜、自洁纤维和抗菌纤维等。
具体实施方式
实施例1
取500mL蒸馏水和2mL浓硝酸置于1000mL的大烧杯中，在搅拌条件下将20mL无水乙醇和2mL钛酸丁酯缓慢滴加到上述混合溶液内，滴加速率为0.5滴/秒。滴完后，继续搅拌2小时即可得到胶体TiO2溶液。
将2g壳聚糖溶解在100mL含4g醋酸的胶体TiO2溶液内，通过搅拌使壳聚糖能均匀分散在TiO2胶体溶液内，并得到均匀的壳聚糖/TiO2混合溶液。混合液内壳聚糖的质量百分比为2％，二氧化钛的质量百分比为0.5％。混合液体经脱气后在玻璃板上流延成膜，并在0.1M的NaOH水溶液内凝固成膜，然后用水洗该膜得到壳聚糖/TiO2复合膜。该复合膜外观呈透明和半透明。在太阳光照射下，对甲基橙水溶液的催化降解率为70％。
实施例2
取500mL蒸馏水和2mL浓硝酸置于1000mL的大烧杯中，在搅拌条件下将30mL无水乙醇和4mL钛酸丁酯缓慢滴加到上述混合溶液内，滴加速率为0.5滴/秒。滴完后，继续搅拌2小时即可得到胶体TiO2。
将3g壳聚糖溶解在100mL含5g醋酸的上述胶体TiO2溶液内，通过搅拌，使壳聚糖能均匀分散在TiO2胶体溶液内，得到均匀的壳聚糖/TiO2混合溶液。混合液内壳聚糖的质量百分比为3％。混合液体经脱气后用0.1mm的注射器注射到0.1M的NaOH水溶液内凝固成纤维，然后水洗纤维得到壳聚糖/TiO2复合纤维，该复合纤维对真菌等具有良好的抑制作用。
实施例3
取500mL蒸馏水和3mL浓硝酸置于1000mL的大烧杯中，在搅拌条件下将30mL无水乙醇和6mL钛酸丁酯缓慢滴加到上述混合溶液内，滴加速率为0.5滴/秒。滴完后，继续搅拌2小时即可得到胶体TiO2。
将5g壳聚糖溶解在100mL含5g醋酸的胶体TiO2溶液内，通过搅拌，使壳聚糖能均匀分散在TiO2胶体溶液内，并得到均匀的壳聚糖/TiO2混合溶液。混合液内壳聚糖的质量百分比为5％。混合液体经脱气后通过0.1mm的注射器滴加到0.1M的NaOH水溶液内凝固成球、然后水洗微球得到壳聚糖/TiO2复合微球，该微球可装填成柱，在太阳光照射下，对甲基橙水溶液具有良好的催化降解作用。

Claims (6)

1.一种壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，它是将壳聚糖溶解在含醋酸的胶体二氧化钛溶液内或将壳聚糖用醋酸溶解后再与胶体二氧化钛溶液混合，通过搅拌，使壳聚糖均匀分散在TiO2胶体溶液内，从而得到均匀的壳聚糖/TiO2混合溶液；混合液内含壳聚糖的质量百分比为1～10％，含TiO2的质量百分比为0.5～20％；混合液体经脱气后进行固结制成壳聚糖/二氧化钛复合材料。
2.如权利要求1所述壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，其特征在于所述胶体二氧化钛溶液是这样得到的：将钛酸丁酯通过酸进行水解方法得到胶体二氧化钛溶液。
3.如权利要求2所述壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，其特征在于所述步骤为：将蒸馏水和浓硝酸或浓硫酸混合后，在搅拌条件下将无水乙醇和钛酸丁酯缓慢滴加到上述混合溶液内，滴完后，继续搅拌可得到胶体TiO2溶液；所述蒸馏水和浓硝酸或浓硫酸混的体积比为：220～280∶1；无水乙醇和钛酸丁酯的体积比为8～12∶1；钛酸丁酯与浓硝酸或浓硫酸的体积比为：1∶0.6～1.4。
4.如权利要求1所述壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，其特征在于所述含醋酸的胶体二氧化钛溶液是冰醋酸和胶体二氧化钛溶液，冰醋酸和胶体二氧化钛溶液的体积比为1～5∶100。
5.如权利要求1所述壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，其特征在于所述壳聚糖用醋酸溶解是将壳聚糖溶解在浓度为2％-5％的醋酸溶液中。
6.如权利要求1所述壳聚糖/二氧化钛复合材料的制备，其特征在于所述固结是流延成膜，或喷丝，或注射成球，或喷雾成球。
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