本发明涉及海绵制备,尤其涉及一种可降解的海绵及其制备工艺。
背景技术:
1、海绵材料是一类具有多孔结构的高分子材料,因其优异的缓冲性、吸水性、轻质性等特性,广泛应用于医疗、环保以及日常生活领域,然而,传统海绵材料如聚氨酯、聚醚等,面临严峻的环境污染问题,合成高分子降解周期长,填埋处理导致微塑料污染,生产过程中使用的发泡剂如氟氯烃破坏臭氧层,有机溶剂如甲苯、二甲基甲酰胺污染水土,为应对上述问题,可降解海绵成为研究热点。
2、现有技术公告号为cn116571231a,且公开了一种二氧化钛-钒酸铋复合海绵及其制备方法和应用,包括制备纳米bivo4、制备bivo4海绵和制备tio2/bivo4复合海绵。现有技术选用三聚氰胺海绵作为光催化剂负载的基底,提供丰富的孔结构,有利于污染物的吸附和光能的吸收,选择聚多巴胺作为粘附剂,在多巴胺分子自聚过程中将光吸收能力更强的光催化剂—钒酸铋黏附在三聚氰胺海绵骨架表面;同时聚多巴胺可以作为螯合剂与ti4+发生反应,在海绵表面原位沉积二氧化钛纳米粒子。现有技术得到的tio2/bivo4复合海绵利用海绵内部三维结构提供更多的光催化剂固着位点,在提高负载率的同时实现高效率的染料降解。
3、针对上述及现有的相关技术,发明人认为往往存在以下缺陷:
4、1、现有技术存在力学强度与降解性的矛盾问题,高力学强度需高交联密度,但过度交联会导致孔隙堵塞,阻碍酶分子扩散,从而导致降解周期不可控,其次过度交联会破坏动态键重组能力,使得自修复功能失效。
5、2、现有技术存在光催化与降解的互斥问题,现有技术采用无机光催化剂tio2,需高温烧结固定,导致天然高分子碳化失活,其次残留重金属阻碍生物降解。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是:现有技术中存在功能与性能冲突的缺点,为此我们提出一种可降解的海绵及其制备工艺。
2、为了实现上述目的,本申请采用了如下技术方案:一种可降解的海绵,包括如下重量份的原料:氧化海藻酸钠50-65份,脱乙酰壳聚糖15-30份,含醛基交联剂10-15份,g-c3n4@cof核壳光催化剂0.3-0.5份,pcl-纤维素酶控释微球0.1-0.2份,纳米纤维素0-0.5份,其中,海绵通过动态亚胺键交联网络与离子键协同固化形成双网络结构。
3、优选的,所述含醛基交联剂为2,5-二甲氧基对苯二甲醛或邻苯二甲醛,醛基与氨基的摩尔比为0.9:1-1.3:1。
4、优选的,所述g-c3n4@cof核壳光催化剂通过以下步骤制备:c11:将三聚氰胺于550℃煅烧4小时后研磨,过200目筛,得到g-c3n4纳米片;c12:将g-c3n4纳米片加入dmf溶液超声混匀,离心后收集上清液;c13:将收集的上清液分散于甲醇-甲苯混合溶剂中,加入1,3,5-三甲酰基苯和对苯二胺,80℃油浴回流12-16小时,离心后收集沉淀,用乙醇洗涤后,真空干燥得到g-c3n4@cof核壳光催化剂。
5、优选的,所述pcl-纤维素酶控释微球通过以下步骤制备:c21:将纤维素酶溶于pbs缓冲液,经fitc标记后搅拌;c22:将pcl溶于二氯甲烷,滴加酶溶液后乳化,倒入聚乙烯醇水溶液后搅拌;c23:离心后收集,并用去离子水洗涤,得到pcl-纤维素酶控释微球,冷冻干燥保存。
6、优选的,所述原料还包括抗氧化剂0-0.1份,抗氧化剂为没食子酸丙酯。
7、优选的,所述纤维素酶与pbs缓冲液的质量比为1:20-1:30,聚乙烯醇水溶液的质量分数为4%-5%。
8、一种可降解的海绵制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:s1:将氧化海藻酸钠与脱乙酰壳聚糖在乙酸溶液中搅拌溶解,加入含醛基交联剂,40-60℃搅拌得到动态交联网络溶液,经ftir检测;s2:将g-c3n4@cof核壳光催化剂加入去离子水,超声分散后用冰浴降温至4℃,加入pcl-纤维素酶控释微球涡旋混匀,滴加动态交联网络溶液后搅拌,得到混合液;s3:混合液浇注至四氟乙烯模具,预冻24小时后浸入cacl2-乙醇溶液交联2小时,取出后用去离子水冲洗,在冷冻干燥机中梯度冷冻干燥19-27小时。
9、优选的,所述步骤s1中,调节动态交联网络溶液ph至5.0-5.8后经ftir检测,ftir检测中要求1620cm-1处c=n键的特征峰与1550cm-1处酰胺ⅱ带的特征峰的强度比≥1.3。
10、优选的,所述步骤s3中梯度冷冻干燥包括-40℃至-30℃预冻1-3小时,-30℃至-10℃主干燥15-22小时,0℃至5℃终干燥2-4小时。
11、优选的,所述步骤s3中cacl2-乙醇溶液质量分数为2%,cacl2-乙醇溶液与氧化海藻酸钠重量比为250:1。
12、本发明的技术效果和优点:
13、本发明中,通过动态亚胺键交联网络与离子键协同固化形成双网络结构,并引入g-c3n4@cof核壳光催化剂与pcl-纤维素酶控释微球,实现了功能与性能的协同优化。一方面,动态亚胺键与离子键的双网络结构解决了现有技术中力学强度与降解性的矛盾,在保证压缩强度的同时,提高21天降解率,通过动态亚胺键赋予网络重组能力,而离子键增强了机械强度,两者协同使得材料既有足够的力学支撑,又能通过酶分子扩散实现可控降解,避免了过度交联导致的孔隙堵塞问题。
14、另一方面,g-c3n4@cof核壳光催化剂与pcl-酶控释微球的协同作用解决了光催化与降解的互斥问题,g-c3n4@cof核壳光催化剂在温和条件下即可发挥光催化作用,避免了传统无机光催化剂高温烧结导致的天然高分子碳化失活问题,而pcl-纤维素酶控释微球实现了酶的可控释放,与光催化产生的活性物质协同降解污染物,且光催化剂的有机-无机杂化结构不会阻碍生物降解过程,使得材料在光催化和生物降解两方面都能高效发挥作用。
1.一种可降解的海绵,其特征在于,包括如下重量份的原料:氧化海藻酸钠50-65份,脱乙酰壳聚糖15-30份,含醛基交联剂10-15份,g-c3n4@cof核壳光催化剂0.3-0.5份,pcl-纤维素酶控释微球0.1-0.2份,纳米纤维素0-0.5份,其中,所述海绵通过动态亚胺键交联网络与离子键协同固化形成双网络结构。
2.根据权利要求1所述的一种可降解的海绵,其特征在于:所述含醛基交联剂为2,5-二甲氧基对苯二甲醛或邻苯二甲醛,所述醛基与氨基的摩尔比为0.9:1-1.3:1。
3.根据权利要求1所述的一种可降解的海绵,其特征在于:所述g-c3n4@cof核壳光催化剂通过以下步骤制备:
4.根据权利要求1所述的一种可降解的海绵,其特征在于:所述pcl-纤维素酶控释微球通过以下步骤制备:
5.根据权利要求1所述的一种可降解的海绵,其特征在于:所述原料还包括抗氧化剂0-0.1份,所述抗氧化剂为没食子酸丙酯。
6.根据权利要求4所述的一种可降解的海绵,其特征在于:所述纤维素酶与pbs缓冲液的质量比为1:20-1:30,所述聚乙烯醇水溶液的质量分数为4%-5%。
7.一种可降解的海绵制备工艺,用于制备如权利要求1-6任一项所述的可降解的海绵,其特征在于,包括以下步骤:
8.根据权利要求7所述的一种可降解的海绵制备工艺,其特征在于:所述步骤s1中,调节动态交联网络溶液ph至5.0-5.8后经ftir检测,所述ftir检测中要求1620cm-1处c=n键的特征峰与1550cm-1处酰胺ⅱ带的特征峰的强度比≥1.3。
9.根据权利要求7所述的一种可降解的海绵制备工艺,其特征在于:所述步骤s3中梯度冷冻干燥包括-40℃至-30℃预冻1-3小时,-30℃至-10℃主干燥15-22小时,0℃至5℃终干燥2-4小时。
10.根据权利要求7所述的一种可降解的海绵制备工艺,其特征在于:所述步骤s3中cacl2-乙醇溶液质量分数为2%,所述cacl2-乙醇溶液与氧化海藻酸钠重量比为250:1。