一种壳聚糖/ZIF-8复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及了一种壳聚糖ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种壳聚糖/ZIF
‑
8复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种壳聚糖/ZIF
‑
8复合材料及其制备方法与应用，属于吸附


技术介绍

[0002]如今，世界水污染问题日趋严重，水处理问题也变得越来越严峻。水资源是人类生产和生活不可缺少的自然资源，也是生物赖以生存的环境资源。但是，许多来自化工、制药、纺织等行业的有机污染物直接排入水源，导致水体污染程度增加，有机污染物存在于各种工业废水中，使生活在地球表面的部分人口不能充分获得洁净新鲜的水。被污染的水中含有大量有毒、致癌的有机化合物、染料和农药，这不仅直接影响着人类的健康，也直接影响着生态系统。现有污水的处理方法主要以吸附为主，吸附具有方法操作简单，处理效果优异，吸附剂价格低廉，处理过程无二次污染等优点，在处理水污染方面应用广泛。
[0003]壳聚糖是由甲壳素通过脱乙酰产生的天然的阳离子多糖，是最丰富的生物聚合物之一。壳聚糖上存在的氨基和羟基等官能团使其能与阴离子染料相互作用，因此壳聚糖可以通过吸附的方式吸附污染物。并且由于其独特的优势，如无毒，低成本，可生物降解性等，壳聚糖已被广泛研究，成为潜在的染料吸附剂。多项研究表明，壳聚糖可以通过吸附方式有效去除水中的污染物。然而，壳聚糖具有机械强度和耐热性较差，稳定性较弱和酸溶解性以及表面积较低等局限性。为了解决上述问题，采取了很多改性方法来开发其性能。近年来，有很多关于壳聚糖基复合材料用于吸附废水中的各种污染物的研究，例如沸石(International Journal of Biological Macromolecules,2017,95,895
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902)、纤维素(Journal of Hazardous Materials,2019,369,483
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493)、二氧化硅(Microporous and Mesoporous Materials,2019,278,44
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53)和含碳材料(International Journal of Biological Macromolecules,2018,112,1048
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1054；International Journal of Biological Macromolecules,2018,109,598
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610)等。基于壳聚糖的复合材料显示出具有更稳定结构，更好的孔性能和高吸附性能的复合材料。
[0004]中国专利文献CN104258822A公开了一种壳聚糖及壳聚糖季铵盐复合磁性微球及制备方法。微球主要以壳聚糖和壳聚糖季铵盐，致孔剂PEG、PVP，溶于醋酸溶液加入磁性颗粒，然后将其逐滴加入到液体石蜡、Span 80溶液里面搅拌均匀，然后再逐滴加入多聚磷酸钠水溶液搅拌，最后用戊二醛交联得到壳聚糖及壳聚糖季铵盐复合磁性微球。然而，纯壳聚糖微球的吸附能力很低。
[0005]通过原位共混改性壳聚糖基是提高吸附能力的一种有前途的方法。金属有机骨架(MOFs)是一种由金属阳离子或团簇与有机配体的配位构成的金属配位聚合物，因此可以获得具有高结晶度和孔隙率的三维网络结构。沸石咪唑啉骨架8(ZIF
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8)是MOF的一个子类，具有高化学稳定性和水稳定性，比表面积大以及有效的表面位点多等特点；并且由于其孔径分布、孔径形状和化学性质等特点，具有作为染料选择性吸附分子筛的作用。然而，纳米MOF仍然具有一些缺陷，例如由于纳米颗粒的特性而易于聚集，并且在回收时容易丢失。
[0006]中国专利文献CN105566660A公开了一种壳聚糖
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金属有机框架复合小球及其制备方法和应用，属于有机大分子材料合成领域，解决了现有的MOFs在应用时存在耐碱性差、难于分离回收等问题。采用共沉淀技术，使溶解于乙酸水溶液中的天然高分子壳聚糖在进入三聚磷酸钠
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乙醇
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水混合溶液后沉淀析出时包裹金属有机框架材料共同沉淀进入小球内部，得到未交联的复合小球，然后加入戊二醛溶液交联壳聚糖骨架，得到壳聚糖
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金属有机框架复合小球。然而该专利技术未阐明壳聚糖骨架的微观形貌，也存在着负载的MOFs不均匀，使得产品吸附能力不理想等问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种壳聚糖/ZIF
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8复合材料及其制备方法与应用。
[0008]术语说明：
[0009]室温：具有本领域公知的含义，指25
±
5℃。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种壳聚糖/ZIF
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8复合材料，所述壳聚糖/ZIF
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8复合材料的微观形貌为壳聚糖相互交结在一起，形成三维网络状结构，ZIF
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8纳米颗粒均匀负载在三维网络状结构的壳聚糖上。
[0012]根据本专利技术，上述壳聚糖/ZIF
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8复合材料的制备方法，包括步骤如下：
[0013](1)在室温下，将壳聚糖溶于酸溶液中，搅拌均匀，得到壳聚糖溶液；将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌均匀，得到氢氧化钠溶液；然后将壳聚糖溶液逐滴滴入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后，用去离子水洗涤至中性，加入交联剂，经交联、洗涤，冷冻干燥后，得到壳聚糖微球；
[0014](2)在室温下，将锌源溶于反应溶剂中，搅拌均匀，继续加入步骤(1)得到的壳聚糖微球，得到溶液A；将2
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甲基咪唑溶于反应溶剂中，搅拌均匀，得到溶液B，将溶液B加入至溶液A中，经搅拌、静置、过滤、洗涤、干燥得到壳聚糖/ZIF
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8复合材料。
[0015]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述壳聚糖的脱乙酰度为95％，重均分子量大于等于5万。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述酸为柠檬酸、酒石酸、醋酸中的一种；进一步优选为醋酸。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量浓度为10～50mg/mL，所述氢氧化钠溶液的浓度为1～4mol/L。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述氢氧化钠溶液和壳聚糖溶液的体积比为1：(0.4～2)。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述逐滴滴入按照如下方法进行：将壳聚糖溶液装入注射器中，以20～60滴/min的速率滴入至氢氧化钠溶液中，注射器规格为20mL，注射器针头规格为22号。
[0020]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述交联剂为戊二醛水溶液，交联剂和壳聚糖溶液的体积比为1：(0.5～2.5)；进一步优选的，所述戊二醛水溶液中戊二醛体积分数为0.08～0.15％。
[0021]根据本专利技术优选的，步骤(1)中所述交联的时间为2～12h，冷冻干燥的时间为12～36h；进一步优选的，所述交联的时间为5h，冷冻干燥的时间为24h。
[0022]根据本专利技术优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖/ZIF
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8复合材料，其特征在于，所述壳聚糖/ZIF
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8复合材料的微观形貌为壳聚糖相互交结在一起，形成三维网络状结构，ZIF
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8纳米颗粒均匀负载在三维网络状结构的壳聚糖上。2.权利要求1所述壳聚糖/ZIF
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8复合材料的制备方法，包括步骤如下：(1)在室温下，将壳聚糖溶于酸溶液中，搅拌均匀，得到壳聚糖溶液；将氢氧化钠溶于去离子水中，搅拌均匀，得到氢氧化钠溶液；然后将壳聚糖溶液逐滴滴入到氢氧化钠溶液中，搅拌均匀后，用去离子水洗涤至中性，加入交联剂，经交联、洗涤，冷冻干燥后，得到壳聚糖微球；(2)在室温下，将锌源溶于反应溶剂中，搅拌均匀，继续加入步骤(1)得到的壳聚糖微球，得到溶液A；将2
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甲基咪唑溶于反应溶剂中，搅拌均匀，得到溶液B，将溶液B加入至溶液A中，经搅拌、静置、过滤、洗涤、干燥得到壳聚糖/ZIF
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8复合材料。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述壳聚糖的脱乙酰度为95％，重均分子量大于等于5万；所述酸为柠檬酸、酒石酸、醋酸中的一种；进一步优选为醋酸。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述壳聚糖溶液中壳聚糖的质量浓度为10～50mg/mL，所述氢氧化钠溶液的浓度为1～4mol/L；所述氢氧化钠溶液和壳聚糖溶液的体积比为1：(0.4～...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢启芳，肖金花，顾洪旭，魏明志，郭恩言，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：