[發(fā)明專利]一種殼聚糖/有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910010950.1
• 申請日: 2009-03-28
• 公開（公告）號: CN101524635A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張愛麗;周集體;黃育剛
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;C08J3/20;C08L5/02;C08K9/04;C08K3/34
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心
• 代理人: 侯明遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新工藝、新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用浸漬蒸發(fā)相結(jié)合的方法制備殼聚糖/有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合材料。

背景技術(shù)

殼聚糖是甲殼素脫乙酰化后制得的一種天然高分子多糖，無生物毒性和可降解性，是一種優(yōu)良的吸附劑，主要用來吸附重金屬、過渡金屬、染料等，主要機(jī)理在于其分子結(jié)構(gòu)中有能夠和這些物質(zhì)反應(yīng)結(jié)合的-NH₃⁺和-OH。此外，殼聚糖還具有良好的絮凝、絡(luò)合、成膜等性能，被廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)保、中藥提純、造紙等領(lǐng)域。另還有關(guān)于殼聚糖做抗菌劑、抑制亞硝酸鹽生成的研究。但由于殼聚糖本身的物理性質(zhì)(如密度小、抗酸性差等)的限制，使得殼聚糖在作為吸附劑使用過程中存在容易流失、利用率低等缺點(diǎn)，通過插層的方法將殼聚糖負(fù)載在具有層狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)粘土類材料中可以克服這些缺點(diǎn)，層狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料稱為插層主體，殼聚糖稱為插層客體，由于插層主體層間距離是納米級，因此插層客體在插層主體層間也以納米級存在，所制的的材料稱為納米復(fù)合材料。蒙脫土是一種常見的具有層狀結(jié)構(gòu)的無機(jī)物粘土材料，主要成分是蒙脫石，天然的蒙脫土具有較大的比表面積和離子交換容量，在環(huán)保領(lǐng)域常用來做吸附劑，此外在建筑、化學(xué)化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。有人以蒙脫土作為插層主體，殼聚糖作為插層客體制備了殼聚糖/蒙脫土納米復(fù)合材料，并對其進(jìn)行了表征。目前殼聚糖/蒙脫土納米復(fù)合材料有一定范圍的應(yīng)用，主要用于吸附重金屬、吸附染料、抗菌劑等方面。但都是直接利用天然的蒙脫土或鈉基化后的蒙脫土作為負(fù)載材料，使得材料制備及使用中存在一些缺點(diǎn)，如制備過程中插層反應(yīng)時(shí)間過長，主要原因在于天然蒙脫土和鈉基化后的蒙脫土的層狀晶體結(jié)構(gòu)的層間距離較小，插層客體難以插層進(jìn)去，此外，還由于蒙脫土的親水性，殼聚糖/蒙脫土納米復(fù)合材料作為吸附劑使用后和溶液也難以分離，使得該材料難以回收，存在二次污染。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了提高殼聚糖利用率、降低插層反應(yīng)時(shí)間，且作為吸附劑使用后材料易于回收，無二次污染。首先將蒙脫土有機(jī)化，然后再將其和殼聚糖進(jìn)行插層反應(yīng)，在原位浸漬法的基礎(chǔ)上結(jié)合蒸發(fā)，提供了一種反應(yīng)條件溫和，殼聚糖利用率高，無二次污染的新工藝，制備出了殼聚糖/有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合材料。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：將有機(jī)蒙脫土加入到殼聚糖溶液中，50℃～60℃下攪拌反應(yīng)10h～16h，所得溶液在80℃～95℃水浴條件下加熱蒸發(fā)至無明顯液體，使得HAc緩慢揮發(fā)出去，殼聚糖隨著HAc量的減少而析出，冷卻后加入去離子水分散、過濾、洗滌至中性，以溶去固體中存在的可溶性鹽類，剩余固體80℃～95℃下干燥，研磨過篩，從而得到殼聚糖/有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合材料。

本發(fā)明中有機(jī)蒙脫土和殼聚糖質(zhì)量比為1∶20～1∶5，殼聚糖使用前溶于醋酸溶液，使其質(zhì)量濃度為0.05％～0.4％，再用堿調(diào)節(jié)pH為4.5～5.5，目的是為了保證大部分殼聚糖被質(zhì)子化，且反應(yīng)溶液pH不至于太低，以免H+影響插層反應(yīng)的效果。

本發(fā)明中使用前蒙脫土要進(jìn)行純化，其方法為將蒙脫土用水配制成膠體溶液，充分?jǐn)嚢瑁o置，倒出上層膠體溶液，棄去底部沙子，再加水重復(fù)上述操作，至膠體溶液底部無沙子出現(xiàn)為止。將棄沙后的膠體溶液在80℃～100℃蒸干，研磨過篩，得到純化蒙脫土。

本發(fā)明中還需對純化后的蒙脫土進(jìn)行有機(jī)化處理。將純化蒙脫土和十六烷基三甲基溴化銨分別配制成質(zhì)量濃度為5％～8％和2％～5％水溶液，按照水溶液中所含兩種溶質(zhì)質(zhì)量比為10∶3～10∶2將兩溶液均勻混合，50℃～70℃下攪拌反應(yīng)2h～4h，過濾，將所得固體洗滌至無Br-，80℃～85℃干燥，研磨過篩，得到有機(jī)蒙脫土，有機(jī)化后蒙脫土層間距離顯著變大，使得插層反應(yīng)更容易進(jìn)行，降低反應(yīng)時(shí)間。

本發(fā)明中所用殼聚糖脫乙酰度65％～95％。蒙脫土為鈉基蒙脫土，陽離子交換容量80mmol/100g～120mmol/100g。

本發(fā)明的效果和益處是：

(1)提高了殼聚糖的利用率

殼聚糖由于本身物理性質(zhì)(如密度小、抗酸性差等)的限制，在作為吸附劑時(shí)不能很好的和溶液中的吸附目標(biāo)物接觸，使用后難以回收，這就使得其利用率較低，以有機(jī)蒙脫土為載體制備出來的殼聚糖/有機(jī)蒙脫土納米復(fù)合材料能很好的解決這個(gè)問題，該材料密度比水大，在攪拌條件下能夠和溶液中的吸附目標(biāo)物很好的接觸，停止攪拌后就能快速沉淀實(shí)現(xiàn)固液的分離。

(2)拓展了蒙脫土應(yīng)用領(lǐng)域，提高了其經(jīng)濟(jì)效益