[發明專利]一種原位摻雜納米碳酸鈣甲殼素水凝膠及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910970999.5
• 申請日: 2019-10-14
• 公開（公告）號: CN110655675B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 廖安平;魏雅男;李媚;藍平;馬漢樓;藍麗紅;覃琴;蘭雄雕;盧彥越;廖業欣
• 申請（專利權）人: 廣西民族大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08J3/075;C08L5/08;C08K3/26;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 南寧啟創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 45122
• 代理人: 謝美萱

本發明公開一種原位摻雜納米碳酸鈣甲殼素水凝膠及其制備方法和應用，先將甲殼素溶于Na₂CO₃/Ca(OH)₂/尿素的水溶液中，然后進行化學交聯反應制備初步水凝膠，再進行物理交聯反應制備水凝膠，最后將水凝膠進行冷凍，凍干后得到原位摻雜納米碳酸鈣甲殼素水凝膠。本發明以Na₂CO₃/Ca(OH)₂/尿素的水溶液作為甲殼素的溶劑，克服了堿/尿素水溶劑體系作為溶劑的強腐蝕性的問題，而且成本較低，對甲殼素的溶解效果好。本發明的原位摻雜納米碳酸鈣甲殼素水凝膠力學性能好，對重金屬離子有較好的吸附性能，且具有很好的重復利用率，適合在重金屬污水處理中推廣應用。

技術領域

本發明屬于材料化學領域，具體涉及一種原位摻雜納米碳酸鈣甲殼素水凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

隨著現代化工業的快速發展，每天新增大量的重金屬污水，機械制造業、化工、儀表、半導體、電子等行業均會排出含有重金屬的廢水，其中廢水中的重金屬主要為銅、鋅、鎘、鎳、汞等。不同于污水中的有機油類，這類重金屬離子是一種不具備生物降解性的物質，因此無法采用降解法對其進行處理，工業中通常采用的方法包括化學沉淀法和離子交換法，處理后的重金屬濃度低于排放標準即可排放。其中，吸附法被認為是一種較為實用，簡單，無污染的方法。然而，傳統的吸附物質，如活性炭，吸附性能不夠高，吸附效率偏低，使用成本高，使用效果難以讓人滿意。

水凝膠是一類軟材料，由H維聚合物網絡和大量水構成。它與人體軟組織具有類似的理化性質，因此被譽為最為理想的生物醫用材料。甲殼素是自然界唯一的堿性多糖，不但具有一般天然高分子的通性，如優異的生物相容性、生物降解性、無毒性等，而且具有一些特殊功能，如生物相容性、生物可降解性、生物活性、抑菌性、抗氧化性、pH敏感性、親和性以及組織粘附性等。因此，甲殼素基水凝膠材料備受關注，并在組織修復、藥物緩釋、污水處理、食品農業等領域展現出巨大應用前景。

盡管如此，甲殼素水凝膠較弱的力學性能使其在實際應用中受到很大限制。近年，通過納米填充以及與其他合成高分子復合，構建得到的甲殼素復合水凝膠力學性能得到一定程度的改善，但提高幅度有限，甚至以犧牲甲殼素固有性質(如生物相容性、生物可降解性等)為代價。此外，由于甲殼素溶于濃鹽酸/磷酸/硫酸/乙酸，不溶于堿及其它有機溶劑，也不溶于水，導致其應用收到較大限制。目前報道過的甲殼素的溶劑有：離子液體、氯化鋰/強極性溶劑、強極性氟化物溶劑、飽和氯化鈣/甲醇等溶劑，但受到價格昂貴、難以回收、強揮發性等缺點的制約，難以推廣應用。如申請號為CN201310034088.4的發明專利公開了一種溶解甲殼素的溶劑組合物，為一種水溶液，其中含有2-50wt％KOH，0-20wt％尿素，0-6wt％硫脲，0-10wt％LiOH，0-20wt％NaOH，余量為水，其雖然對甲殼素具有較好的溶解效果，但是其中的強堿經常造成設備的腐蝕。因此，有必要探索一種吸附性能好，力學性能優，制備過程使用溶劑溫和的甲殼素基水凝膠材料。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種原位摻雜納米碳酸鈣甲殼素水凝膠及其制備方法和應用，將納米碳酸鈣與甲殼素進行原位復合制備得到原位摻雜納米碳酸鈣甲殼素水凝膠，吸附性能和力學性能大大提高。

本發明的技術方案如下：

一種原位摻雜納米碳酸鈣甲殼素水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)溶解甲殼素：先將Na₂CO₃/Ca(OH)₂/尿素投入水中配置溶液，得到溶劑，然后向溶劑中加入甲殼素，攪拌均勻，接著冷凍，解凍，重復2-4次，得到粘稠混合液；

(2)初步水凝膠的制備：將粘稠混合液攪拌均勻，然后過濾，得到濾液，向濾液中加入環氧氯丙烷進行交聯反應，反應溫度0-4℃，反應時間1-2h，然后在室溫下放置3-5h，得到初步水凝膠；