一种制备氧化物?壳聚糖复合材料的方法和氧化物?壳聚糖复合材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备氧化物?壳聚糖复合材料的方法和氧化物?壳聚糖复合材料。本发明公开的制备氧化物?壳聚糖复合材料的方法，包括：壳聚糖溶解于多羟基醇或低级醇中形成壳聚糖的醇溶液，后加入氧化物粉末并混合均匀，得到氧化物?壳聚糖?乙二醇混合分散液，该分散液经加热处理后过滤，洗涤并收集得到的固体，得到氧化物?壳聚糖复合材料。本发明直接使用氧化镁作为原料，避免了氧化镁粉体很容易在水液中发生水解而生成氢氧化镁或者碳酸镁的中间产物，从而无法制备出氧化镁?壳聚糖复合材料的缺陷，且制备方法简单。
【专利说明】
一种制备氧化物-壳聚糖复合材料的方法和氧化物-壳聚糖复合材料
技术领域
[0001]本发明属于新型材料制备领域，具体涉及一种制备纳米氧化物-壳聚糖复合材料的方法和氧化物-壳聚糖复合材料。
【背景技术】
[0002]壳聚糖(Chitosan)也称几丁聚糖，是甲壳素脱除乙酰基以后得产物。由于分子链中含有反应性基团羟基(-0H)和氨基(-NH2)，可借由氢键、离子键等于重金属离子进行配位螯合，具有无毒、可生物降解、生物相容、生物黏附等优点，是一种十分理想的生物吸附剂。然而由于其分子链中有大量氨基和羟基，使其分子链间和分子链内部广泛形成氢键，从而限制了其吸附作用。并且其化学稳定性、热稳定性和机械强度均需要提高。为了改善其性能，通常通过交联、衍生化、与其他聚合物或无机物共混等手段进行改性用以提高其稳定性、机械强度等性能。而二氧化镁粉体由于表面含有大量羟基，可以广泛应用于化工、电子、污水处理等领域。本发明利用氧化镁表面含有大量的活性基团-羟基，致力于制备出氧化镁/壳聚糖复合材料，从而解决壳聚糖分子链内部的氢键作用，提高其机械性能和吸附性會K。
[0003]目前有将氧化镁与壳聚糖直接在醋酸水溶液中混合，加碱沉淀后再加热从而制备氧化镁/壳聚糖复合材料的报道(Yuvaraj Haldorai , Jae-jin Shim1An efficientremoval of methyl orange dye from aqueous solut1n by adsorpt1n ontochitosan/MgO composite:A removal reusable adsorbent,Applied Surface Science,292，2014，447-453).但是仔细分析该研究会发现，首先氧化镁粉体很容易在醋酸水溶中溶解和水化，另外，在反应溶液中添加氢氧化钠来沉积氧化镁和壳聚糖从而来制备氧化镁/壳聚糖复合材料，很可能由于溶解于醋酸水溶液中的Mg2+与氢氧根结合成为氢氧化镁，从而制备出氢氧化镁/壳聚糖的复合材料，而不是氧化镁-壳聚糖复合材料。同样的，印度有科学家报道了(C.Sairam Sundaram,Natrayasamy Viswanathan,S.Meenakshi ,Defluridat1n ofwater using magnesia/Chitosan composite,Journal of Hazardous materials ,163,2009，618-624)将氧化镁粉体和壳聚糖水溶液混合从而制备氧化镁/壳聚糖复合材料，但是由于氧化镁粉体在水溶液中发生水化，很容易与水和溶解于水中的二氧化碳相作用生成氢氧化镁或者碳酸镁，需要进一步进行热处理，但是壳聚糖与氢氧化镁的热解温度相冲突。因此，很难制备出氧化镁/壳聚糖复合材料。这些报道均没有对氧化镁/壳聚糖复合材料的制备条件予以详细说明，并且制备过程较为复杂。此外，本领域中也并不存在对于除氧化镁外其他氧化物-壳聚糖复合材料的制备方法，因此，有必要克服这些研究难点制备出氧化镁-壳聚糖复合材料。
【发明内容】
[0004]本发明介绍了一种制备氧化物-壳聚糖复合材料的新方法，该方法不仅简单、高效，而且可避免复合材料制备过程中由于氧化镁粉体与水或者空气中的二氧化碳相作用而出现氢氧化镁、或者碳酸镁等杂质相的出现。
[0005]本发明提供的方法具体包括:
[0006]壳聚糖溶解于多羟基醇或低级醇中形成壳聚糖的醇溶液，后加入氧化物粉末并混合均匀，得到氧化物-壳聚糖-乙二醇混合分散液，该分散液经加热处理后采用乙醇反复洗涤并收集得到的固体，该固体为氧化物-壳聚糖复合材料。
[0007]优选的，所述多羟基醇为乙二醇、丙三醇或聚乙二醇，所述低级醇为甲醇、乙醇或丙醇。
[0008]优选的，所述壳聚糖的醇溶液浓度为0.1-1.3g/mL0
[0009]优选的，所述氧化物为轻质氧化镁、纳米氧化硅或纳米氧化铝。对于前述的纳米氧化铝或纳米氧化硅，其可以按照已报道的方法进行制备。更优选的，所述氧化物的粒径为50-100nm，采用具有前述粒径的原料可以制备获得70-200nm尺寸的氧化物-壳聚糖复合材料。
[0010]优选的，所述氧化物的加入量为0.5-2g/100mL醇溶液。
[0011]优选的，所述形成醇溶液的过程中加入盐酸或者醋酸助溶，加入的盐酸或者醋酸可以是稀溶液或者具有较高浓度的溶液，其加入量可以根据溶解的情况进行灵活选择。
[0012]优选的，所述氧化物粉末和醇溶液通过超声处理混合均匀。
[0013]优选的，所述加热处理为50°C-100°C下加热10min-3h。
[0014]优选的，所述洗涤为使用无水乙醇进行。
[0015]本发明还公开了利用上述制备得到的氧化物-壳聚糖复合材料，所述材料的粒径为70_200nm。
[0016]本发明直接使用氧化镁作为原料，通过条件反应条件避免了氧化镁粉体很容易在水液中发生水解而生成氢氧化镁或者碳酸镁的中间产物，从而无法制备出氧化镁-壳聚糖复合材料的缺陷，且制备方法简单。
【附图说明】
[0017]图1.壳聚糖的XRD衍射图。
[0018]图2.壳聚糖在乙二醇溶剂中与氧化镁粉体在60度反应I小时所得产物的XRD衍射图。
[0019]图3.壳聚糖在乙二醇溶剂中与氧化镁粉体60度反应I小时所得产物的FE-SEM图
(a)氧化镁粉体基体(b)氧化镁-壳聚糖复合材料。
[0020]图4.壳聚糖溶解于水溶液中60度与氧化镁粉体反应I小时所的产物的XRD衍射图。[0021 ]图5.壳聚糖溶解于水溶液中与氧化镁粉体60度反应I小时所的产物的FE-SEM图。[0022 ]图6.壳聚糖在乙二醇溶剂中与氧化镁粉体60度反应I小时后用水溶液洗涤所得产物的XRD衍射图。
【具体实施方式】
[0023]实施例1
[0024]1.0.6mg/ml壳聚糖乙二醇溶液的制备；
[0025]2.将0.5g纳米氧化镁粉体加入到60ml壳聚糖-乙二醇溶液中，超声分散10分钟；
[0026]3.将混合溶液加热至60度，反应Ih;
[0027]4.反应结束后，将产物过滤，并用大量无水乙醇反复冲洗多次；
[0028]5.80度烘干12小时。
[0029]如图1所示，本研究中所用壳聚糖在10.3°，19.7°处有两个特征。而图2是氧化镁_壳聚糖复合材料的XRD图。图中20度左右出现的馒头鼓包峰为壳聚糖的特征峰，而36.9°，42.9° ,62.3° ,74.6° ,78.6°处出现的峰分别为氧化镁纳米粉体(111)，(200)，(220)，(311)和(222)晶面的特征峰，验证了该复合材料中只有壳聚糖和氧化镁。并且，XRD谱图中没有任何其他杂质峰的存在，表明该材料纯度较高，无其他杂质。另外，该图中壳聚糖馒头峰不明显主要是由于氧化镁纳米粉体的峰强过强。由图3所示，对比(b)可知，氧化镁-壳聚糖复合材料的粒径大概在100纳米左右，而该研究中所采用的氧化镁粉体的原始粒径(图3(a))为70nm左右，证明壳聚糖的加入使得氧化镁粉体的粒径变大。
[0030]实施例1中乙二醇可以使用丙三醇或聚乙二醇或者低级醇替代，所述低级醇为甲醇、乙醇或丙醇;壳聚糖的醇溶液浓度可以为0.l-l.3g/mL;氧化镁粉体也可以使用纳米氧化硅或纳米氧化铝替代。对于前述的纳米氧化铝或纳米氧化硅，其可以按照已报道的方法进行制备。氧化物的加入量为0.5-2g/100mL醇溶液，所述形成醇溶液的过程中加入盐酸或者醋酸助溶，加入的盐酸或者醋酸可以是稀溶液或者具有较高浓度的溶液，所述氧化物粉末和醇溶液可以通过超声处理混合均匀;所述加热处理也可以是20°C-130°C下加热1min-3h。按照前述更改后的条件可以制备获得粒径为50-200微米的氧化物-壳聚糖复合材料。
[0031]对比例I
[0032]1.0.6mg/ml壳聚糖水溶液的制备；
[0033]2.将0.5g纳米氧化镁粉体加入到60ml壳聚糖水溶液中，超声分散10分钟；
[0034]3.将混合溶液加热至60度，反应Ih;
[0035]4.反应结束后，将产物过滤，并用大量无水乙醇反复冲洗多次；
[0036]5.80度烘干12小时。
[0037]图4是将壳聚糖溶解于醋酸水溶液中制备的氧化镁-壳聚糖复合材料的XRD图。10度左右出现的馒头峰为壳聚糖的特征峰，与图2截然不同的是，代表氧化镁纳米粉体(111)，(200)，(220)，(311)和(222)晶面的特征峰都没有在这张图中检测到，表明在复合材料的制备过程中，氧化镁粉体由于发生水化而形成了碳酸镁、氢氧化镁、氧化镁等物质的混合物。如图5所示，虽然采用了相同的氧化镁纳米粉体材料(图3(a))，但是该复合材料中的氧化镁粉体已经从球状变为200nm左右的不规则片状，这主要归因于在制备过程中，氧化镁粉体发生水解生成了氢氧化镁(图4)，从而造成氧化镁粉体形貌发生变化。
[0038]对比例2
[0039]1.0.6mg/ml壳聚糖乙二醇溶液的制备；
[0040]2.将0.5g纳米氧化镁粉体加入到60ml壳聚糖-乙二醇溶液中，超声分散10分钟；[0041 ] 3.将混合溶液加热至60度，反应Ih;
[0042]4.反应结束后，将产物过滤，并用大量去离子水反复冲洗多次；
[0043]5.80度烘干12小时。
[0044]本实验基本与实施例相同，唯一不同的是所得产物没有用无水乙醇洗涤，而是用大量去离子水洗涤。由图6可知，由于所得产物采用大量去离水洗涤，氧化镁粉体在洗涤过程中发生了部分水化(由于在XRD图中可以看出在2Θ = 42.9°附近有氧化镁的特征峰存在)，且生成了氢氧化镁的水化产物。由此可证明无水乙醇作为洗涤剂对于制备氧化镁-壳聚糖复合材料尤为重要。
【主权项】
1.一种制备氧化物-壳聚糖复合材料的方法，包括: 壳聚糖溶解于多羟基醇或低级醇中形成壳聚糖的醇溶液，后加入氧化物粉末并混合均匀，得到氧化物-壳聚糖-乙二醇混合分散液，该分散液经加热处理后过滤，洗涤并收集得到的固体，得到氧化物-壳聚糖复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多羟基醇为乙二醇、丙三醇或聚乙二醇，所述低级醇为甲醇、乙醇或丙醇。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述壳聚糖的醇溶液浓度为0.1-1.3g/mL。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物为轻质氧化镁、纳米氧化硅或纳米氧化铝，对于前述的纳米氧化铝或纳米氧化硅，其可以按照已报道的方法进行制备。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物的加入量为0.5-2g/100mL醇溶液。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成醇溶液的过程中加入盐酸或者醋酸助溶，加入的盐酸或者醋酸可以是稀溶液或者具有较高浓度的溶液。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化物粉末和醇溶液通过超声处理混合均匀。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热处理为20°C_130°C下加热1min-3h。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述洗涤为使用无水乙醇进行。10.根据权利要求1-9任一方法制备得到的氧化物-壳聚糖复合材料。
【文档编号】C08L5/08GK106084311SQ201610387028
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月2日 公开号201610387028.4, CN 106084311 A, CN 106084311A, CN 201610387028, CN-A-106084311, CN106084311 A, CN106084311A, CN201610387028, CN201610387028.4
【发明人】海春喜, 周园, 李松, 申月, 陈运法, 曾金波, 任秀峰, 董欧阳, 张丽娟, 李翔, 孙艳霞
【申请人】中国科学院青海盐湖研究所