CN108160051A - 一种海藻酸钙气凝胶材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种海藻酸钙气凝胶材料的制备方法,通过将海藻酸盐在有机溶剂中分散,滴入含钙离子的有机溶剂中形成球形,通过不断置换排出其中的水分子,再结合超临界干燥技术得到三维网络结构的海藻酸钙气凝胶材料,该制备工艺在传统的合成方式上进行改良,得到的海藻酸钙气凝胶具备高比表面积和三维网络结构,将会在载药、生物修复和污水处理等方面得到应用。

Description

一种海藻酸钙气凝胶材料的制备方法
技术领域
本发明涉及气凝胶材料领域,具体涉及一种多孔海藻酸钙气凝胶球的制备方法。
背景技术
由于水溶性的海藻酸钠在和钙离子接触后可以形成胶体,它是一种应用极为广泛的食品添加剂。当海藻酸钠高分子在钙离子的作用下交联而失去了流变性后,水分子的流动受到了抑制,产生了含水量极高的凝胶,目前海藻酸钙主要通过冷冻干燥技术排出孔内溶剂,但是干燥后孔内结构崩塌,本发明结合超临界干燥技术,可获得高比表面积、高孔隙率的海藻酸钙气凝胶,干燥后的海藻酸钙气凝胶可作为药物载体或者污水处理材料。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种海藻酸钙气凝胶材料的制备方法。
本发明的技术方案为:一种海藻酸钙气凝胶材料的制备方法,具体步骤如下:
(1)将海藻酸钠、有机溶剂按照质量比为1:(10-20)混合搅拌形成海藻酸钠溶液;
(2)将钙盐溶解于水和有机溶剂中,配制浓度为0.01-0.02mol/L的钙盐溶液;
(3)吸取步骤(1)中的海藻酸钠溶液,缓慢滴加至步骤(2)配制的钙盐溶液中形成海藻酸钙凝胶小球,静置;
(4)将(3)中形成的海藻酸钙凝胶小球用有机溶剂进行溶剂置换;
(5)将溶剂置换得到的凝胶小球进行二氧化碳超临界干燥,得到球状海藻酸钙气凝胶材料。
优选步骤(1)、(2)和(4)中的有机溶剂均为甲醇、乙醇或乙二醇的一种或几种。
优选步骤(1)中的混合搅拌为先超声波分散,再磁力搅拌分散,其中:超声波分散频率为200-400kHZ,超声分散时间为30-40min;磁力搅拌的转速为500-800转/分,磁力搅拌的时间为40-60min。
优选步骤(2)中的钙盐为氯化钙或碳酸氢钙中的一种。
优选步骤(2)中水和有机溶剂的体积比为1:(4~9)。
优选步骤(3)中的滴加速度为20-30次/min
优选步骤(3)中的静置时间为12-18h。
优选步骤(4)中二氧化碳超临界干燥条件为:釜压力控制在7-12MPa,干燥温度为35-45℃,干燥时间为8-12h。
有益效果:
(1)本发明通过二氧化碳超临界干燥技术获得多孔海藻酸钙气凝胶材料,对比传统工艺干燥获得的海藻酸钙,不易发生孔结构坍塌现象,并且孔隙率和抗压强度也有所提升。
(2)海藻酸钙气凝胶具有三维网络结构,并且具备良好的亲水性能和高比表面积,可以作为药物载体或者污水中某些离子的吸附载体。
附图说明
图1是实例1中所制备的海藻酸钙气凝胶球的实物照片。
图2是实例2中所制备的海藻酸钙气凝胶的扫描电镜图。
具体实施方式
实例1
按照海藻酸钠、乙醇质量比为1:10准确称取1g海藻酸钠粉末加入12.6mL的乙醇中,由于海藻酸钠容易聚集,所以利用200kHZ超声波振荡40min,使海藻酸钠快速分散,之后500转/分磁力搅拌60min,使之与乙醇溶液充分混合。称取0.111g氯化钙分散于10mL水中,之后使用乙醇定量配置成100mL浓度为0.01mol/L的氯化钙溶液。利用10mL一次性无菌针筒吸取海藻酸钠溶液,按照20次/min的速率缓慢滴加至氯化钙溶液中形成海藻酸钙凝胶小球,静置12h后,使用无水乙醇置换出凝胶球中的溶剂,之后将样品放入二氧化碳超临界釜内,设置压力为12MPa,干燥温度设置为35℃,干燥时间为8h。附图1为所获得的海藻酸钙气凝胶球,可看出整体显示白色,直径约为1-2mm。图1是实例1中所制备的海藻酸钙气凝胶球,可看出干燥后的海藻酸钙气凝胶材料表面呈现白色,直径约在1-2mm,对比传统的海藻酸钙凝胶,海藻酸钙气凝胶的抗压强度有所提升,并且通过亲水性能测试显示出良好的亲水性能。
实例2
按照海藻酸钠、甲醇质量比为1:20准确称取1g海藻酸钠粉末加入25.3mL的甲醇中,由于海藻酸钠容易聚集,所以利用300kHZ超声波振荡35min,使海藻酸钠快速分散,之后600转/分磁力搅拌50min,使之与甲醇溶液充分混合。称取0.162g碳酸氢钙分散于10mL水中,之后使用甲醇定量配置成100mL浓度为0.01mol/L的碳酸氢钙溶液。利用10mL一次性无菌针筒吸取海藻酸钠溶液,按照30次/min的速率缓慢滴加至碳酸氢钙溶液中形成海藻酸钙凝胶小球,静置14h后,使用甲醇置换出凝胶球中的溶剂,之后将样品放入二氧化碳超临界釜内,设置压力为9MPa,干燥温度设置为40℃,干燥时间为10h。最终所获得的海藻酸钙气凝胶材料显示白色,直径约为1-2mm。附图2是海藻酸钙气凝胶的扫描电镜图,可看出材料内部呈现三维网络结构,大孔直径在1μm以内,并且还可看出存在大量的纳米级孔结构。
实例3
按照海藻酸钠、乙二醇质量比为1:15准确称取1g海藻酸钠粉末加入13.45mL的乙二醇中,由于海藻酸钠容易聚集,所以利用400kHZ超声波振荡30min,使海藻酸钠快速分散,之后700转/分磁力搅拌40min,使之与乙二醇溶液充分混合。称取0.243g碳酸氢钙分散于20mL水中,之后使用乙二醇定量配置成100mL浓度为0.15mol/L的碳酸氢钙溶液。利用10mL一次性无菌针筒吸取海藻酸钠溶液,按照25次/min的速率缓慢滴加至碳酸氢钙溶液中形成海藻酸钙凝胶小球,静置16h后,使用乙二醇置换出凝胶球中的溶剂,之后将样品放入二氧化碳超临界釜内,设置压力为8MPa,干燥温度设置为45℃,干燥时间为12h。最终所获得的海藻酸钙气凝胶球整体显示白色,通过扫描电镜测试可看出材料内部呈现三维网络结构。
实例4
按照海藻酸钠、乙醇质量比为1:10准确称取1g海藻酸钠粉末加入12.6mL的乙醇中,由于海藻酸钠容易聚集,所以利用200kHZ超声波振荡40min,使海藻酸钠快速分散,之后800转/分磁力搅拌55min,使之与乙醇溶液充分混合。称取0.222g氯化钙分散于10mL水中,之后使用乙醇定量配置成100mL浓度为0.02mol/L的氯化钙溶液。利用10mL一次性无菌针筒吸取海藻酸钠溶液,按照20次/min的速率缓慢滴加至氯化钙溶液中形成海藻酸钙凝胶小球,静置18h后,使用无水乙醇置换出凝胶球中的溶剂,之后将样品放入二氧化碳超临界釜内,设置压力为7MPa,干燥温度设置为40℃,干燥时间为10h。干燥后的海藻酸钙气凝胶材料呈现白色,通过扫描电镜测试可看到内部的多孔结构。

Claims (8)

1.一种海藻酸钙气凝胶材料的制备方法,具体步骤如下:
(1)将海藻酸钠、有机溶剂按照质量比为1:(10-20)混合搅拌形成海藻酸钠溶液;
(2)将钙盐溶解于水和有机溶剂中,配制浓度为0.01-0.02mol/L的钙盐溶液;
(3)吸取步骤(1)中的海藻酸钠溶液,缓慢滴加至步骤(2)配制的钙盐溶液中形成海藻酸钙凝胶小球,静置;
(4)将(3)中形成的海藻酸钙凝胶小球用有机溶剂进行溶剂置换;
(5)将溶剂置换得到的凝胶小球进行二氧化碳超临界干燥,得到球状海藻酸钙气凝胶材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(1)、(2)和(4)中的有机溶剂均为甲醇、乙醇或乙二醇的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(1)中的混合搅拌为先超声波分散,再磁力搅拌分散,其中:超声波分散频率为200-400kHZ,超声分散时间为30-40min;磁力搅拌的转速为500-800转/分,磁力搅拌的时间为40-60min。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(2)中的钙盐为氯化钙或碳酸氢钙中的一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(2)中水和有机溶剂的体积比为1:(4~9)。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(3)中的滴加速度为20-30次/min。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(3)中的静置时间为12-18h。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于步骤(4)中二氧化碳超临界干燥条件为:釜压力控制在7-12MPa,干燥温度为35-45℃,干燥时间为8-12h。
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