CN110775983A - 一种分子筛缓释材料的制备及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分子筛缓释材料的制备及应用，先将一定浓度的铁离子溶液与杨梅单宁溶液于室温下混合。随后，将分子筛加入到上述混合溶液中静置反应制备得到杨梅单宁‑铁离子配合物修饰的分子筛。再将上述经表面修饰的分子筛浸渍到含有香料物质和低表面能物质的有机溶液中，从而制备得到可有效缓释香料物质的分子筛缓释材料。该分子筛缓释材料具有优异的缓释性能。

Description

一种分子筛缓释材料的制备及应用
技术领域
本发明涉及一种分子筛缓释材料的制备及应用，属于材料技术领域。
背景技术
缓释材料在医药、农业、化工等领域应用广泛。（Zhu C, Huo D, Chen Q, Xue JJ, Shen S, Xia Y N. A eutectic mixture of natural fatty acids can serve asthe gating material for near-infrared‐triggered drug release[J]. AdvancedMaterials, 2017, 29(40): 1703702. Xie J Z, Yang Y C, Gao B, Wan Y S, Li Y C,Cheng D D, Xiao T Q, Li K, Fu Y N, Xu J, Zhao Q H, Zhang Y F, Tang Y F, Yao YY, Wang Z G, Liu L. Magnetic-sensitive nanoparticle self-assembledsuperhydrophobic biopolymer-coated slow-release fertilizer: fabrication,enhanced performance, and mechanism[J]. ACS Nano, 2019, 13(3): 3320-3333.）。目前，制备缓释材料可供选择的多孔材料种类繁多，常见的多孔材料有活性炭、分子筛等。多孔材料因其具有孔道结构发达、孔隙率高、比表面积大、孔道结构和表面性质可调等优点，常用于制备高效缓释材料，所制备的缓释材料对目标释放物质往往表现出存储量大、缓释周期长、缓释性能可调控等优点。（Brun N, Janot R, Sanchez C, Deleuze H, GervaisC, Morcrette M, Backov R. Preparation of LiBH4@ carbon micro–macrocellularfoams: tuning hydrogen release through varying microporosity[J]. Energy &Environmental Science, 2010, 3(6): 824-830. Wang X, Yang F F, Zhang L P,Huang L P, Liu Z S. A polyhedral oligomeric silsesquioxane/molecular sievecodoped molecularly imprinted polymer for gastroretentive drug-controlledrelease in vivo[J]. Biomaterials Science, 2018, 6(12): 3170-3177.）。其中，分子筛孔结构丰富且具有均一的孔道结构（Kuznicki S M, Bell V A, Nair S, Hillhouse HW, Jacubinas R M, Braunbarth C M, Toby B H, Tsapatsis M. A titanosilicatemolecular sieve with adjustable pores for size-selective adsorption ofmolecules[J]. Nature, 2001, 412(6848): 720.），因而是制备缓释材料的优良基材。
近年来，多种基于分子筛的缓释材料被相继开发。分子筛的缓释性能可通过对其进行表面修饰实现调控。其中，金属离子浸渍修饰法是调控分子筛缓释性能的有效方法之一。该方法可将金属离子浸渍修饰到分子筛表面，有效改变分子筛的表面性质，进而调控其对香料的存储和释放能力。例如，黄艳等用Cu(I)盐对分子筛进行改性，研究了改性分子筛对香料的缓释性能，研究结果发现经改性的分子筛对香料的吸附容量提高，且缓释能力得到了较好改善（黄艳. 多孔材料表面改性及其吸附 CO和香味物质缓释性能[D]. 华南理工大学, 2015.）。然而，金属离子浸渍修饰法的缺点在于金属离子与分子筛的结合力较弱，金属离子易脱落，进而对缓释性能造成负面影响。因此，增强金属离子与分子筛的附着力对调控分子筛的缓释性能至关重要。
植物单宁具有两亲性，可与多种基底通过氢键或疏水作用等方式进行非共价结合。同时，植物单宁可与金属离子配位形成稳定的配合物（Bravo L. Polyphenols:chemistry, dietary sources, metabolism, and nutritional significance[J].Nutrition Reviews, 1998, 56(11): 317-333. Hagerman A E, Butler L G. Condensedtannin purification and characterization of tannin-associated proteins[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1980, 28(5): 947-952.）。因此，可利用植物单宁与金属离子形成的配合物作为分子筛的表面修饰剂实现其表面修饰。植物单宁与铁离子具有较好的配位能力，所形成的配合物是修饰分子筛的理想材料。而且，铁离子相较于铜离子等重金属离子具有更高的使用安全性。然而，单宁与铁离子配位能力极强，易形成沉淀物，难以对分子筛进行有效表面修饰。因此，需恰当调控单宁与铁离子的用量配比，从而减缓单宁与铁离子配位沉淀的速率，实现对分子筛表面的有效修饰。在此基础上，在后续香料浸渍处理过程中通过加入低表面能物质进一步调控分子筛的表面性质，最终实现对香料的高效缓释。
发明内容
本发明内容是针对现有缓释材料在缓释性能方面存在的问题，提供了一种分子筛缓释材料的制备及应用。
本发明提供了一种分子筛缓释材料的制备方法包括以下步骤：
（1）、将分子筛浸渍于铁离子与杨梅单宁（BT）的混合溶液中，于室温静置反应30 min后过滤，所得产物于60℃干燥，即制得杨梅单宁-铁离子配合物修饰的分子筛（BT-Fe-分子筛）。
（2）、将上述BT-Fe-分子筛浸渍到含有低表面能物质和麝香草酚的有机溶液中5.0 min后，过滤并于60℃干燥，即制得可有效缓释麝香草酚的分子筛缓释材料（BT-Fe-分子筛/麝香草酚）。
进一步的，步骤（1）中铁离子的浓度为：0.2 g L-1～0.4 g L-1，杨梅单宁的浓度为：1.0 g L-1～10 g L-1。
进一步的，步骤（2）中所述的低表面能物质为聚二甲基硅氧烷（PDMS），其浓度为100 g L-1，所述麝香草酚的浓度为300 g L-1。
进一步的，步骤（2）中所述的有机溶液的溶剂为正庚烷。
本发明还提供了一种分子筛缓释材料对麝香草酚缓释的应用，具体为：
称取12 g BT-Fe-分子筛/麝香草酚于烧杯中，用棉纱布封口并在空气中放置10天。在放置期间，每天称取1.0 g样品并浸取样品中的麝香草酚进行测定，从而考察分子筛缓释材料对麝香草酚的缓释性能。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明提供的方法中将分子筛浸渍在杨梅单宁与铁离子的混合溶液中，杨梅单宁可作为桥键强化铁离子在分子筛上的附着力，提高稳定性。同时，铁离子相较于其他重金属离子而言其安全性更高。
2、本发明提供的分子筛缓释材料浸渍香料的方法为将经表面修饰的分子筛浸渍在含有麝香草酚和PDMS的正庚烷溶液中。此方式可进一步调控分子筛的表面性质及其对香料物质的释放能力，最终实现对香料的高效缓释。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，且本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式。有必要在此指出的是，本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整，也视为落在本发明的保护范围内。
实施例1：
（1）制备BT-Fe-分子筛：将0.050 g六水合三氯化铁溶解于50 mL去离子水中制备出0.20 g L-1的铁离子溶液，将0.050 g杨梅单宁溶解于50 mL去离子水中制备出 1.0 g L-1的单宁溶液，再将上述两种溶液混合得到杨梅单宁和铁离子的混合溶液。随后将20 g分子筛浸渍于上述混合溶液中30 min，过滤后于60℃干燥，即制得BT-Fe-分子筛。
（2）制备BT-Fe-分子筛/麝香草酚：将75 g麝香草酚溶于250 mL含有25 g PDMS的正庚烷溶液中，制备出麝香草酚/PDMS正庚烷溶液。将BT-Fe-分子筛浸渍于上述麝香草酚/PDMS正庚烷溶液5.0 min后过滤，于60℃干燥即制得BT-Fe-分子筛/麝香草酚。
（3）对本实施例制备的分子筛缓释材料进行麝香草酚缓释性能研究：称取12 gBT-Fe-分子筛/麝香草酚于烧杯中，用棉纱布封口并在空气中静置存放10天，在静置存放期间，每天称取1.0 g样品并浸取样品中的麝香草酚进行测定。实验结果表明，本实施例中BT-Fe-分子筛/麝香草酚浸取液中麝香草酚的初始浓度为3.50 g L-1，在空气中静置存放10天后，BT-Fe-分子筛/麝香草酚浸取液中麝香草酚的浓度为2.95 g L-1，麝香草酚在缓释材料中的保留率为84.29%。
实施例2：
（1）制备BT-Fe-分子筛：将0.050 g六水合三氯化铁溶解于50 mL去离子水中制备出0.20 g L-1的铁离子溶液，将0.10 g杨梅单宁溶解于50 mL去离子水中制备出 2.0 g L-1的单宁溶液，再将上述两种溶液混合得到杨梅单宁和铁离子的混合溶液。随后将20 g分子筛浸渍于上述混合溶液中30 min，过滤后于60℃干燥，即制得BT-Fe-分子筛。
（2）制备BT-Fe-分子筛/麝香草酚：将75 g麝香草酚溶于250 mL含有25 g PDMS的正庚烷溶液中，制备出麝香草酚/PDMS正庚烷溶液。将BT-Fe-分子筛浸渍于上述麝香草酚/PDMS正庚烷溶液5.0 min后过滤，于60℃干燥即制得BT-Fe-分子筛/麝香草酚。
（3）对本实施例制备的分子筛缓释材料进行麝香草酚缓释性能研究：称取12 gBT-Fe-分子筛/麝香草酚于烧杯中，用棉纱布封口并在空气中静置存放10天，在静置存放期间，每天称取1.0 g样品并浸取样品中的麝香草酚进行测定。实验结果表明，本实施例中BT-Fe-分子筛/麝香草酚浸取液中麝香草酚的初始浓度为3.79 g L-1，在空气中静置存放10天后，BT-Fe-分子筛/麝香草酚浸取液中麝香草酚的浓度为3.34 g L-1，麝香草酚在缓释材料中的保留率为88.13%。
实施例3：
（1）制备BT-Fe-分子筛：将0.10 g六水合三氯化铁溶解于50 mL去离子水中制备出0.40g L-1的铁离子溶液，将0.30 g杨梅单宁溶解于50 mL去离子水中制备出 6.0 g L-1的单宁溶液，再将上述两种溶液混合得到杨梅单宁和铁离子的混合溶液。随后将20 g分子筛浸渍于上述混合溶液中30 min，过滤后于60℃干燥，即制得BT-Fe-分子筛。
（2）制备BT-Fe-分子筛/麝香草酚：将75 g麝香草酚溶于250 mL含有25 g PDMS的正庚烷溶液中，制备出麝香草酚/PDMS正庚烷溶液。将BT-Fe-分子筛浸渍于上述麝香草酚/PDMS正庚烷溶液5.0 min后过滤，于60℃干燥即制得BT-Fe-分子筛/麝香草酚。
（3）对本实施例制备的分子筛缓释材料进行麝香草酚缓释性能研究：称取12 gBT-Fe-分子筛/麝香草酚于烧杯中，用棉纱布封口并在空气中静置存放10天，在静置存放期间，每天称取1.0 g样品并浸取样品中的麝香草酚进行测定。实验结果表明，本实施例中BT-Fe-分子筛/麝香草酚浸取液中麝香草酚的初始浓度为3.75 g L-1，在空气中静置存放10天后，BT-Fe-分子筛/麝香草酚浸取液中麝香草酚的浓度为3.23 g L-1，麝香草酚在缓释材料中的保留率为86.13%。
实施例4：
（1）制备BT-Fe-分子筛：将0.10 g六水合三氯化铁溶解于50 mL去离子水中制备出0.40g L-1的铁离子溶液，将0.50 g杨梅单宁溶解于50 mL去离子水中制备出 10 g L-1的单宁溶液，再将上述两种溶液混合得到杨梅单宁和铁离子的混合溶液。随后将20 g分子筛浸渍于上述混合溶液中30 min，过滤后于60℃干燥，即制得BT-Fe-分子筛。
（2）制备BT-Fe-分子筛/麝香草酚：将75 g麝香草酚溶于250 mL含有25 g PDMS的正庚烷溶液中，制备出麝香草酚/PDMS正庚烷溶液。将BT-Fe-分子筛浸渍于上述麝香草酚/PDMS正庚烷溶液5.0 min后过滤，于60℃干燥即制得BT-Fe-分子筛/麝香草酚。
（3）对本实施例制备的分子筛缓释材料进行麝香草酚缓释性能研究：称取12 gBT-Fe-分子筛/麝香草酚于烧杯中，用棉纱布封口并在空气中静置存放10天，在静置存放期间，每天称取1.0 g样品并浸取样品中的麝香草酚进行测定。实验结果表明，本实施例中BT-Fe-分子筛/麝香草酚浸取液中麝香草酚的初始浓度为3.80 g L-1，在空气中静置存放10天后，BT-Fe-分子筛/麝香草酚浸取液中麝香草酚的浓度为3.46 g L-1，麝香草酚在缓释材料中的保留率为91.05%。

Claims (8)

1.一种分子筛缓释材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
（1）、将分子筛浸泡于植物单宁与金属离子的混合溶液中，植物单宁与金属离子的浓度配比需控制在一定范围内，于室温静置反应30 min后过滤，所得产物于60℃干燥，即制得植物单宁与金属离子配合物修饰的分子筛（BT-Fe-分子筛）；
（2）、将上述BT-Fe-分子筛浸渍到含有低表面能物质和麝香草酚的有机溶液中 5.0min后，过滤并于60℃干燥，即制得可有效缓释香料物质的分子筛缓释材料（BT-Fe-分子筛/麝香草酚）。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述金属离子溶液为铁离子溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的植物单宁为杨梅单宁。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中铁离子的浓度为：
0.2 g L-1～0.4 g L-1，杨梅单宁的浓度为：1.0 g L-1～10 g L-1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的低表面能物质为聚二甲基硅氧烷（PDMS），其浓度为100 g L-1，所述麝香草酚的浓度为300 g L-1。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的PDMS和麝香草酚的有机溶液的溶剂为正庚烷。
7.一种根据权利要求1-6任意一项所述方法所制得的杨梅单宁-铁离子配合物修饰的分子筛缓释材料在麝香草酚缓释中的应用。
8.据权利要求7所述的应用，其特征在于：称取12 g BT-Fe-分子筛/麝香草酚于烧杯中，用棉纱布封口并在空气中静置存放10天；在静置存放期间，每天称取1.0 g样品并浸取样品中的麝香草酚进行测定，从而考察分子筛缓释材料对麝香草酚的缓释性能。
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