一種復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠的制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油下超親水復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖氣凝膠的制備方法及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)含油廢水排放的增加和海洋石油泄漏的頻繁發(fā)生，油水分離已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)需要迫切解決的問題。而許多有機(jī)合成反應(yīng)需要在無水的條件下進(jìn)行，對(duì)于水吸附劑也有迫切的需求。目前所存在的油水分離材料眾多，主要分為“除水型”和“除油型”材料。除油型材料種類繁多，按照基底物理形態(tài)可以分為多種，例如網(wǎng)膜基材料、織布基材料、顆粒物、海綿狀材料等等。但除油型油水分離材料容易在分離過程中出現(xiàn)污染和堵塞問題?！俺汀辈牧洗蠖嘀挥袑訝畈牧?，即網(wǎng)膜基材料。海綿狀材料之一氣凝膠由于具有輕的密度和大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)近幾年被研究者廣泛的關(guān)注。而目前為止，吸油氣凝膠研究非常多，對(duì)于吸水氣凝膠還未見報(bào)道。由于吸油氣凝膠大多數(shù)需要復(fù)雜的制備條件和昂貴的疏水處理過程，很難應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0003]殼聚糖是蝦、蟹和昆蟲殼骨架中提取物甲殼素的脫乙酰產(chǎn)物，是自然界中唯一的堿性多糖。它來源豐富，是一種可再生的天然高分子材料。殼聚糖具有生物相容性好、易生物降解、無毒、環(huán)境友好等特性殼聚糖及其衍生物有著廣泛的用途，特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可用作藥物載體、人工軟組織材料如人工皮膚等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠的制備方法及其應(yīng)用，解決了現(xiàn)在已有油水分離產(chǎn)品的制備方法中的高污染、高成本、需要大型儀器等的限制。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠的制備方法，基于殼聚糖天然無污染為材料，以綠色環(huán)保的冰晶作為模板，制備出三維結(jié)構(gòu)殼聚糖氣凝膠。具體制備步驟如下:
一、采用冰模板法制備三維網(wǎng)絡(luò)狀殼聚糖氣凝膠；
二、將步驟一所制備的三維網(wǎng)絡(luò)狀殼聚糖氣凝膠完全浸入水中，控制浸潤時(shí)間為0.5?5s，外部水凝膠層厚度為0.5?4mm，得到外層是殼聚糖水凝膠、內(nèi)部是殼聚糖氣凝膠的復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖，外層可以選擇性吸水，內(nèi)部具有大的吸水容量；
三、將殼聚糖氣凝膠用于油下吸水:
將步驟二中制備的復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖應(yīng)用于油水混合物中吸水，具體步驟是:將預(yù)浸潤后的殼聚糖置于一定比例的油水混合物中，復(fù)合結(jié)構(gòu)吸水后，膨脹，取出，得到了純凈的油相。該油下吸水的應(yīng)用可以適用于需要嚴(yán)格無水環(huán)境下的化學(xué)反應(yīng)以及分離油水混合物。
[0006]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明的油下超親水、水下超疏油殼聚糖氣凝膠的制備方法簡單綠色，實(shí)驗(yàn)參數(shù)可控，成本低，可用于制造一種油下超親水吸水氣凝膠。
[0007]2、本發(fā)明所提出的復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖是將氣凝膠和水凝膠組合應(yīng)用的一種新穎的概念和方法。
[0008]3、該方法制備的油下超親水殼聚糖材料有望成為未來油水分離材料發(fā)展提出了一個(gè)新的智能概念，為超浸潤材料組合應(yīng)用提出了一個(gè)新方向
4、本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠的制備方法操作簡單，實(shí)驗(yàn)參數(shù)可控，成本低，可用于制造快速吸水油水分離材料，該復(fù)合結(jié)構(gòu)油下超親水殼聚糖氣凝膠是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，外層是殼聚糖水凝膠可以選擇性吸水，內(nèi)部是殼聚糖氣凝膠具有大的吸水容量。且吸水過程后具有生物降解性，二次回收方便的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]5、該方法制備的氣凝膠經(jīng)過預(yù)浸潤處理可以有效的用于油下吸水的應(yīng)用。這種綠色環(huán)保、簡單低成本的方法非常有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，用于大規(guī)模油水分離的應(yīng)用。
[0010]6、本發(fā)明采用冰模板法制備的油下超親水殼聚糖氣凝膠，其三維多孔孔徑為20?300μπι，吸附容量達(dá)到40?150g/g，測試分離效率可以達(dá)到99.5%以上。
【附圖說明】
[0011]圖1為殼聚糖氣凝膠的制備及應(yīng)用過程示意圖；
圖2為殼聚糖氣凝膠的宏觀光學(xué)照片圖；
圖3為殼聚糖氣凝膠的微觀形貌圖；
圖4為【具體實(shí)施方式】二制備的殼聚糖氣凝膠水下油接觸角測試圖；
圖5為【具體實(shí)施方式】三制備的殼聚糖氣凝膠水下油接觸角測試圖；
圖6為【具體實(shí)施方式】四制備的殼聚糖氣凝膠水下油接觸角測試圖；
圖7為【具體實(shí)施方式】二制備的殼聚糖氣凝膠油下水接觸角測試圖；
圖8為【具體實(shí)施方式】三制備的殼聚糖氣凝膠油下水接觸角測試圖；
圖9為【具體實(shí)施方式】四制備的殼聚糖氣凝膠油下水接觸角測試圖；
圖10為復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖水上油的吸水過程照片；
圖11為復(fù)合結(jié)構(gòu)殼聚糖水下油的吸水過程照片。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0013]【具體實(shí)施方式】一:如圖1所示，本實(shí)施方式按照如下步驟制備油下超親水殼聚糖氣凝膠:
第I步、采用冰模板法制備殼聚糖三維網(wǎng)絡(luò)氣凝膠
1、配制殼聚糖溶液(0.1?1wt %):將殼聚糖粉末(0.1?10g，Mw=100?1000)溶解在100暈升的醋酸水溶液(0.5?5 wt %)中。
[0014]2、將殼聚糖溶液注入一個(gè)塑料模具中，并用保鮮膜密封，通過-20?_40°C完全冷凍10~30h，取出后放入冷凍干燥機(jī)中，冷凍干燥3~7天，得到塊狀的殼聚糖氣凝膠(圖2-3)。
[0015]三維網(wǎng)絡(luò)狀殼聚糖氣凝膠是通過水冷凍成冰晶做為模板并干燥去除后形成。冷凍干燥的時(shí)間和醋酸的濃度將對(duì)殼聚糖的親水性以及后續(xù)的殼聚糖形成水凝膠層起決定性作用。醋酸的濃度和冷凍干燥的時(shí)間決定了殼聚糖氣凝膠殘留的醋酸的含量，決定了后續(xù)水凝膠層是否能形成。
[0016]第2步、對(duì)所制備的殼聚糖氣凝膠進(jìn)行預(yù)浸潤。
[0017]由于殼聚糖表面既具有親水基團(tuán)又具有親油基團(tuán)，直接將干燥的殼聚糖氣凝膠用于油水混合物中吸附，將會(huì)導(dǎo)致不具有選擇性的吸附。殼聚糖表面預(yù)浸潤后形成水凝膠層，由于水具有排斥油的作用，油將不能通過水凝膠層，而內(nèi)部的殼聚糖氣凝膠是大的水存儲(chǔ)器，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)保證對(duì)油水混合物選擇性的分離，且具有高的吸附容量。將步驟一所制備的三維網(wǎng)絡(luò)狀殼聚糖氣凝膠完全浸入水中，控制浸潤時(shí)間為0.5?5s，外部水凝膠層厚度為
0.5?4_。控制殼聚糖水凝膠層的厚度可以保證在完全斥油的情況下盡量大的吸附容量。殼聚糖氣凝膠由于孔內(nèi)被水填滿，外部形成殼聚糖水凝膠，內(nèi)部是殼聚糖