CN114044548B

CN114044548B - 一种快速降解水凝胶回收水资源的方法

Info

Publication number: CN114044548B
Application number: CN202111120531.0A
Authority: CN
Inventors: 柯李晶; 余兆硕; 罗思浩; 徐天豪; 高观祯; 汪惠勤; 周建武; 饶平凡
Original assignee: Hangzhou Dietotherapy Jingyuan Biotechnology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Dietotherapy Jingyuan Biotechnology Co ltd
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2023-08-11
Anticipated expiration: 2041-09-24
Also published as: CN114044548A

Abstract

本发明公开了一种快速降解水凝胶回收水资源的方法，包括以下步骤：(1)在水凝胶废弃物中添加氯喹类物质，于室温下充分反应15s～5min；(2)待水凝胶分层、溶质充分析出形成团聚物后，离心或者过滤；(3)回收上清液或者滤过液中水资源。水凝胶在处理后粘度出现断崖式下降，最高降幅达12269倍，处理后的水凝胶溶液整体粘度低于50mPa·s，接近自来水粘度，可进行水资源的回收利用。

Description

一种快速降解水凝胶回收水资源的方法

技术领域

本发明属于水凝胶处理技术领域，特别是一种快速降解水凝胶回收水资源的方法。

背景技术

水凝胶(Hydrogel)是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。近年来，由于其优异的生化和机械性能，在生物工程、临床治疗、农业工程等相关领域广泛应用，是当前研究最广泛，开发最频繁，制造产量最高的生物材料之一。目前，大多数水凝胶研究只考虑到了水凝胶的制备，特别是制备结构稳定的水凝胶。由于存在交联网络，水凝胶可以溶胀和保有大量的水，其中的水含量可以高达99％。

然而，当水凝胶产品过期后，这就很容易在短期内造成空间拥堵以及处理的巨大问题。对于水凝胶的快速降解以及水资源回收技术，却少有报道。传统凝胶降解技术主要集中在热处理与重金属方法。一方面，热处理能耗大，且容易滋生腐败，水资源也不利于回收；另一方面，重金属和一些难降解合成物的使用导致了环境的二次污染。绿色的水资源回收处理技术同样也悬而未决，如何降低污染同时避免水凝胶残留造成的粘度过大情况是重要课题。

发明内容

本发明提供了一种快速降解水凝胶回收水资源的方法，水凝胶在处理后粘度出现断崖式下降，最高降幅达12269倍，处理后的水凝胶溶液整体粘度低于50mPa·s，接近自来水粘度，可进行水资源的回收利用。

本发明采用以下技术方案实现上述目的：

一种快速降解水凝胶回收水资源的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)在水凝胶废弃物中添加氯喹类物质，于室温下充分反应15s～5min；

(2)待水凝胶分层、溶质充分析出形成团聚物后，离心或者过滤；

(3)回收上清液或者滤过液中水资源。

进一步地，所述的水凝胶是由多糖、蛋白质、高分子材料、交联剂中的一种或多种原料制成。

进一步地，所述氯喹类物质包含氯喹、羟氯喹及其衍生物。

进一步地，所述氯喹类物质的使用量为水凝胶质量的0.2％～20％。

进一步地，所述氯喹类物质的使用量为水凝胶质量的1％～5％。

进一步地，步骤(3)回收得到的上清液或者过液中水资源粘度接近正常自来水粘度。

氯喹(Chloroquine，CQ)曾是一种抗疟疾的平价药物，在世界范围内的使用已超过70年，对氯喹进行结构修饰得到的羟氯喹(Hydroxychloroquine,HCQ)，在保留原有氯喹药效的同时，结构更为稳定。

本申请发明人经过研究发现，氯喹类成分可快速进入水凝胶空隙中，与水分子竞争性抢夺水凝胶溶质(氯喹与水凝胶溶质高度结合，超过95％结合在水凝胶溶质中)，使水凝胶溶质中结合水变成游离水。随之，水凝胶的空间凝胶结构被破坏，水凝胶溶质相和水相分离，从而实现水凝胶废弃物处理和水资源的回收。

这个过程中，氯喹类成分以肉眼可见的速度快速降解了水凝胶，高效实现了水凝胶废弃物的空间堆积问题；同时，氯喹的主要位点在于水凝胶溶质中，较少分布于水相，水相避免被污染，以达到绿色回收的目的。

附图说明

图1是在不同剪切应力下，水凝胶粘度及添加了羟氯喹后水凝胶粘度示意图。

图2是羟氯喹作用前后水凝胶外观示意图。

图3是采用本发明方法和采用热风干燥处理后的水凝胶对比示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。

实施例1：不同浓度多糖水凝胶用氯喹类成分处理试验

向70-80℃水中，分别加入3％、5％、10％、15％、20％海藻多糖，不断搅拌至于完全溶解，继续搅拌10-20min后，冷却成胶。往1mL凝胶中添加1％的羟氯喹粉末，于室温下充分反应，5min后进行观察。在100单位的剪切应力下，水凝胶粘度及添加了羟氯喹后水凝胶粘度见表1。

表1氯喹类成分作用前后，不同浓度水凝胶粘度变化

不同浓度多糖凝胶(％)	3	5	10	15	20
						初始粘度(10⁵mPa·s)	0.7	2.1	3.9	6.0	/
混合后粘度(mPa·s)	20.1	28.5	36.1	43.2	48.9

结果显示，添加氯喹类成分后，不同浓度水凝胶粘度都出现断崖式下降，最高降幅达12269倍。处理后的水凝胶溶液整体粘度低于50mPa·s，可进行水资源的回收利用。

实施例2

向70-80℃水中，分别加入5％海藻多糖，不断搅拌至于完全溶解，继续搅拌10-20min后，冷却成胶。往1mL凝胶中添加1％的羟氯喹粉末，于室温下充分反应，5min后进行观察。不同剪切应力下，水凝胶粘度及添加了羟氯喹后水凝胶粘度见图1，处理前后的水凝胶粘度出现了较大差距。如图2所示，氯喹类成分处理后，水凝胶以肉眼可见速度被降解了，出现了明显的分层现象。水溶质形成团聚物，并且跟水相进行分离。

实施例3：多糖水凝胶与不同浓度氯喹类成分处理试验。

向70-80℃水中，加入5％海藻多糖，不断搅拌至于完全溶解，继续搅拌10-20min后，冷却成胶。往1mL凝胶中添加0.2％、0.5％、1％、3％、5％的羟氯喹粉末，于室温下充分反应，5min后进行观察。在100单位的剪切应力下，水凝胶粘度及添加了羟氯喹后水凝胶粘度见表2。

表2表1不同浓度氯喹类成分作用前后水凝胶粘度变化

不同羟氯喹浓度(％)	0.2	0.5	1	3	5
						初始粘度(10⁵mPa·s)	2.1	2.1	2.1	2.1	2.1
混合后粘度(mPa·s)	88.6	57.1	28.5	16.2	10.0

结果显示，添加不同浓度氯喹类成分后，水凝胶粘度都出现断崖式下降，存在浓度依赖性。

实施例4：用氯喹处理与热风处理水凝胶对比试验。

将5mL水凝胶放在平板中，至于室温；同时将5mL水凝胶放在平板中，至于80℃鼓风干燥条件下进行对照。结果显示，如图3所示，需要120min左右，5mL凝胶才能完全脱水干燥，得到稠化溶质。时间长，且不可回收水分。

实施例5：不同浓度蛋白水凝胶用氯喹类成分处理试验。

向70-80℃水中，分别加入3％、5％、10％明胶，不断搅拌至于完全溶解，继续搅拌10-20min后，冷却成胶。往1mL凝胶中添加1％的羟氯喹粉末，于室温下充分反应，观察并记录相分离时间。结果显示，不同浓度的1mL蛋白凝胶与羟氯喹互作后，分别在1.2、2.9、4.1min左右出现了完全的相分离现象，说明氯喹类成分也可降解蛋白类凝胶。

实施例6：氯喹类成分含量测定

向70-80℃水中，分别加入5％海藻多糖，不断搅拌至于完全溶解，继续搅拌10-20min后，冷却成胶。往1mL凝胶中添加1％的羟氯喹粉末，于室温下充分反应，5min后取样，至于离心机中5000g转速离心10分钟，得到上清液，随后利用高效液相色谱HPLC进行氯喹类成分的测定。结果显示，氯喹作用水凝胶后，破坏原有结构，使得水相与溶质相分离，其中在水相中氯喹类成分平均含量占比仅为1.8±0.08,RSD为4.4％；而使用3％羟氯喹作用后，氯喹类成分残留在水相含量占比为3.7±0.1％，RSD为2.7％，这说明水相中氯喹类成分残留较少，水资源后续可回收。具体含量分析操作如下：

色谱柱：Phenomenex C₁₈柱(250×4.6mm，5μm)；流动相：45mmol·mL^-1磷酸二氢钾水溶液:乙腈＝87:13，H₃P0₄调节流动相pH至3.0；激发波长：337nm，发射波长：371nm；流速：1.0mL·min^-1；柱温：40℃；进样量：20μL。

羟氯喹标准曲线绘制：

羟氯喹标准曲线储备液及工作液：称取羟氯喹对照品5mg，置于50mL容量瓶中，以蒸馏水溶解并定容，混匀得到100μg·mL^-1的羟氯喹标准曲线储备液。量取储备液适量，用蒸馏水稀释，得质量浓度为20、40μg·mL^-1标准曲线工作液。分别取不同浓度的工作液适量至10mL容量瓶中，空白样品加至刻度，摇匀得到质量浓度为200、600、1 000、1 200、1 600、2000ng·mL^-1的标准曲线样本，分装后冻存于-60℃。

样本处理：

取待测样本200μL于1.5mL离心管中，依次加入10μL内标储备液、40μL0.45mmol·L^-1NaOH溶液和1.0mL甲基叔丁基醚，400次·min^-1振荡5min，12000r·min^-1离心10min，移取上清液至另一1.5mL具塞塑料离心管中，氮气吹干，随后用50μL流动相复溶残渣，涡旋30s，12 000r·min^-1离心10min，移取上清液至另一1.5mL具塞塑料离心管中，取20μL进样。

综上，基于氯喹类成分处理水凝胶，不仅实现了水凝胶的快速降解，使得低粘度水相的析出，同时氯喹类成分不污染水相，绿色安全。

Claims

1.一种快速降解水凝胶回收水资源的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）在水凝胶废弃物中添加氯喹类物质，于室温下充分反应15s~5min；所述氯喹类物质的使用量为水凝胶质量的0.2%~20%；

（2）待水凝胶分层、溶质充分析出形成团聚物后，离心或者过滤；

（3）回收上清液或者滤过液中水资源。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的水凝胶是由多糖、蛋白质、高分子材料、交联剂中的一种或多种原料制成。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯喹类物质包含氯喹、羟氯喹及其衍生物。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述氯喹类物质的使用量为水凝胶质量的1%~5%。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）回收得到的上清液或者滤过液中水资源粘度接近正常自来水粘度。