CN105085975A - 一种由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料及其制备方法，属于功能多孔材料制备技术领域。该复合材料的制备原理是壳聚糖分子中大量的氨基和羟基能与大孔二氧化硅材料孔壁表面的羟基形成氢键，可以很好地吸附在块体SiO2大孔材料孔壁表面成膜，形成有机-无机复合物材料。其制备方法包括以下步骤：壳聚糖溶液的配置、壳聚糖在块体SiO2大孔材料中的吸附和壳聚糖的交联。本发明提供了一种新型块体有机-无机大孔复合材料，具有制备工艺简单易行、成本低、对环境友好、块体大孔复合材料易于从介体体系中分离出来等特点。产品可用作高效吸附剂或催化剂载体。
Description
技术领域
本发明属于功能多孔材料制备技术领域，具体涉及一种由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料及其制备方法。
背景技术
大孔材料是指孔径尺寸大于50nm的多孔材料。近年来，人们逐渐意识到大孔材料作为高效吸附和分离材料有其独特的性能，并且通过孔壁改性可使大孔材料具有良好的化学选择性。作为高效吸附与分离材料，大孔材料在催化剂载体、大分子过滤与分离等物理、化学相关领域有广泛的应用前景。与传统粉末吸附剂或催化剂相比，富有发达大孔结构的整体型吸附剂或催化剂因具有低压力降、高透过率与高传质效率等特点已成为一体化整体型吸附材料和催化剂的一个重要发展方向。
壳聚糖是甲壳素的脱乙酰产物。甲壳素在自然界中广泛存在于节肢动物、软体动物、环节动物、原生动物、腔肠动物、海藻及真菌等生物体中，是地球上产量仅次于纤维素的第二大可再生资源。壳聚糖是一种链状结构的生物大分子、具有良好的机械性能和稳定的化学性质，同时又易通过接枝而改性，再加上其来源丰富、成本低廉、制备简单，是一种很有开发利用前景的环境友好高分子材料，近年来受到国内外学者的广泛重视。
通过两种或多种材料的功能复合、性能互补和优化，制备性能优良的复合材料是现代材料发展的趋势。有机-无机复合材料是复合材料的新领域。在机械性能良好的无机基质表面涂覆亲水性、易于化学修饰的有机材料，是目前制备有机-无机复合材料的方向之一。
壳聚糖的分子结构中含有大量自由的氨基和羟基，因此壳聚糖具有聚阳离子、螯合、易成膜、pH敏感、湿度敏感等性质和较高的化学活泼性，其分子中大量的氨基和羟基能与大孔二氧化硅材料中的羟基形成氢键，可以很好地吸附在SiO2大孔材料孔壁表面成膜，形成有机-无机大孔复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料及其制备方法。
本发明所提供的由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料的制备方法是，以我们前期制备的薄板状(长10cm、宽3cm、厚0.3cm)SiO2大孔材料(RuifengZhang，NengbingLong，LeleZhang，ThinSolidFilms，517(2009)，6677-6680)为原料，将其切割成长、宽、高为0.2～0.4em的块体；利用该大孔材料具有稳定的骨架结构、孔径大、传质效率高、孔道表面含有丰富的羟基等诸多特点，采用物理吸附法将壳聚糖吸附在SiO2大孔材料孔壁表面，再用双功能交联剂交联壳聚糖大分子，形成一种由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料。具体制备方法如下：
(1)壳聚糖溶液的配置：称取一定质量的壳聚糖溶于质量分数为1～3％的乙酸溶液中，配制成质量分数为0.5～5％的壳聚糖溶液；
(2)壳聚糖在SiO2大孔材料中的吸附：称取所需干燥的块体SiO2大孔材料浸入步骤(1)中配制的壳聚糖溶液中，在室温下振荡1～12h，滤出大孔材料、真空干燥；先用碱溶液反复冲洗、再用蒸馏水反复冲洗，50～80℃下干燥2h；
(3)壳聚糖的交联：为防止壳聚糖的脱落，将步骤(2)中未用碱溶液或用碱溶液冲洗后干燥的大孔材料浸入含双功能交联剂质量分数为1～3％的溶液中振荡反应3～12h，滤出大孔材料、用蒸馏水反复冲洗、真空干燥，即得由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料产品。
步骤(2)中所述的碱溶液为氨水或碳酸钠水溶液中的一种。步骤(3)中所述的双功能交联剂为戊二醛、乙二醛、乙二醇二缩水甘油醚或丁二醇二缩水甘油醚中的一种。
本发明具有如下优点和有益效果：(1)本发明提供的复合材料的制备方法，其制备工艺简单、成本低廉、对环境友好，易于大规模生产；(2)本发明制备的块体大孔复合材料，孔径大、传质效率高、机械强度高、水热稳定性好、易于从介体体系分离，可用作高效吸附剂或催化剂载体。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步说明，本发明的范围不受实施例的限制。
实施例1：
(1)称取0.4g的壳聚糖，加入质量分数为2％的乙酸溶液中，配制成质量分数为1％的壳聚糖溶液；
(2)称取2g块状SiO2大孔材料于80℃下干燥2h，置于含1％壳聚糖溶液的磨口锥形瓶中，在25℃、转速为50r·min-1的摇床中振荡6小时、用8～10目的筛网滤出，将大孔材料在50℃真空干燥2h；
(3)将上述干燥后的大孔材料浸入含戊二醛质量分数为1％的溶液中振荡反应6h，滤出大孔材料、用蒸馏水反复冲洗、真空干燥，即得由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料。
实施例2：
(1)称取1.2g的壳聚糖，加入质量分数为2％的乙酸溶液中，配成质量分数为3％的壳聚糖溶液；
(2)称取2g块状SiO2大孔材料于80℃下干燥2h，置于含3％壳聚糖溶液的磨口锥形瓶中，在30℃、转速为50r…min-1的摇床中振荡10小时、用8～10目的筛网滤出，将大孔材料在50℃真空干燥3h，先用0.1M的碳酸钠溶液反复冲洗、再用蒸馏水反复冲洗，60℃下干燥2h；
(3)将上述60℃下干燥后的大孔材料浸入含乙二醇二缩水甘油醚质量分数为3％的溶液中振荡反应12h，滤出大孔材料、用乙醇和蒸馏水反复冲洗、真空干燥，即得由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料。
Claims (3)
1.一种由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取一定质量的壳聚糖溶于质量分数为1～3％的乙酸溶液中，配制成质量分数为0.5～5％的壳聚糖溶液；
(2)称取所需干燥的块体SiO2大孔材料浸入步骤(1)中配制的壳聚糖溶液中，在室温下振荡1～12h，滤出大孔材料、真空干燥；先用碱溶液反复冲洗、再用蒸馏水反复冲洗，50～80℃下干燥2h；
(3)将步骤(2)中未用碱溶液或用碱溶液冲洗后干燥的大孔材料浸入含双功能交联剂质量分数为1～3％的溶液中振荡反应3～12h，滤出大孔材料、用蒸馏水反复冲洗、真空干燥，即得由二氧化硅/壳聚糖超薄膜构筑的块体大孔复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的碱溶液为氨水或碳酸钠水溶液中的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的双功能交联剂为戊二醛、乙二醛、乙二醇二缩水甘油醚或丁二醇二缩水甘油醚中的一种。
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