一种阳离子功能化β-环糊精/壳聚糖复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种阳离子功能化β

【技术实现步骤摘要】
一种阳离子功能化
β
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环糊精/壳聚糖复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及微藻采收
，特别涉及一种阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]21世纪以来，持续快速发展的工业化进程和人类对化石能源的大量开发及利用，引起了全球气候的显著恶化。生物燃料取代化石燃料的想法受到了广泛的关注。微藻被认为是第三代生物燃料的原料，具有良好的发展前景。微藻是简单、自养或异养、光合作用的微生物，可以有效的利用二氧化碳和光能来合成淀粉、蛋白质、核酸以及脂质等细胞物质，其中油脂可通过酯交换反应转化为生物柴油。微藻作为合成生物燃料的重要原料，巨大优势在于其产量高于农作物、生长速率快，产油量高；不与农作物竞争耕地，且需水量更少，可实现低成本的养殖。目前微藻在食品添加剂、动物饲料、化妆品行业等都有应用研究，具有逐步实现工业化的潜力。然而，微藻培养和收获的成本过高，用于制作廉价的生物柴油不符合经济规律。另外，微藻细胞带负电且尺寸小，仅2
‑
20μm，稳定悬浮在生长培养基中，这些特性使得收获微藻的过程变得十分昂贵。微藻的收获通常采用高能耗技术，如离心、过滤和浮选等，能量需求高，效率也较低。在多种采收微藻的方法中，絮凝是一种非常有前景的技术，它是借助不同类型的絮凝剂通过电荷中和、卷扫、网捕架桥等机理，将藻细胞聚集成团块，从而沉淀下来的过程。
[0003]壳聚糖是一种高效、无毒的生物絮凝剂，是一种阳离子弱电解质。壳聚糖具有氨基(
‑
NH2) 和羟基(
‑
OH)等活性吸附位点。它是一种天然的阳离子碳水化合物生物絮凝剂，由甲壳素发生脱乙酰化反应而生成。甲壳素主要来自于虾蟹壳类物质，制备成壳聚糖可同时实现壳废弃物的增值回收和微藻生物量的高效絮凝。然而壳聚糖在应用于微藻采收时，所需剂量较高，成本也较高。此外，传统的壳聚糖只对部分微藻种类表现出良好的采收性能，对普通小球藻采收性能不高。环糊精(Cyclodextrin，CDs)是由直链淀粉在芽孢杆菌分泌的环糊精葡萄糖基转移酶的作用下生成的一系列环状低聚糖的总称。它是一种环状寡糖，由六、七和八个九烷基无糖单位组成，分别定义为α
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环糊精(α
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CD)，β
‑
环糊精(β
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CD)，γ
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环糊精(γ
‑
CD)。近年来，β
‑
环糊精因其生产成本低和独特的结构特征而广泛用于化学、制药和环境保护领域；然而尚没有β
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环糊精可用于微藻采收的相关报道。
[0004]因此结合以上内容分析，有必要开发一种对普通小球藻采收性能高的絮凝剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是提供一种阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料及其制备方法与应用，将高分子絮凝剂壳聚糖和β
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环糊精结合，通过加入引发剂产生自由基，后通过引入3
‑
(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵产生接枝共聚反应，从而引入季铵基团，提高其理化性质和采收性能。该阳离子功能化壳聚糖/β
‑
环糊精复合材料对普通小球藻表现出优异的采收
性能，且该复合材料可生物降解，对下游的生物质利用过程影响微小。
[0006]在本专利技术的第一方面，提供了一种阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料的制备方法，所述方法包括：将β
‑
环糊精和壳聚糖高分子通过加入引发剂产生自由基，后通过引入 3
‑
(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵产生接枝共聚反应，获得所述阳离子功能化β
‑
环糊精/ 壳聚糖复合材料。
[0007]进一步地，所述方法包括：
[0008]将β
‑
环糊精粉末溶解于去离子水中，获得β
‑
环糊精水溶液；
[0009]将壳聚糖粉末溶解于乙酸溶液中，获得壳聚糖乙酸溶液；
[0010]将所述β
‑
环糊精水溶液和所述壳聚糖乙酸溶液混匀，加入引发剂以进行自由基产生反应，后加入3
‑
(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵进行接枝共聚反应，获得反应混合物；
[0011]将反应混合物加入氢氧化钠溶液进行中和反应，后加入无水乙醇溶液获得沉淀，经洗涤和干燥，获得所述阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料。
[0012]进一步地，所述β
‑
环糊精粉末和所述壳聚糖粉末的质量比为(0.9
‑
1.1)：(0.9
‑
1.1)。更为优选地，所述质量比为1：1。
[0013]进一步地，所述乙酸溶液的体积分数为0.8
‑
1.2％。
[0014]进一步地，所述引发剂为硝酸铈铵。
[0015]进一步地，所述自由基产生反应的温度为75
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80℃，所述自由基产生反应的时间为10
‑
60 min；所述接枝共聚反应的温度为75
‑
80℃，所述接枝共聚反应的时间为30
‑
120min。
[0016]进一步地，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.05
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0.2mol/L。
[0017]进一步地，所述乙醇溶液为无水乙醇溶液。
[0018]在本专利技术的第二方面，提供了所述方法制备得到的阳离子功能化β
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环糊精/壳聚糖复合材料。
[0019]在本专利技术的第三方面，提供了所述的阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料在采收微藻中的应用。
[0020]进一步地，所述的阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料用于采收微藻的方法包括：
[0021]将藻液的pH分别调到6
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8，后添加45
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150mg/L的阳离子功能化CTS/β
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CD复合絮凝剂，通过磁力搅拌使得絮凝剂与藻液混匀。
[0022]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0023]本专利技术提供一种阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料及其制备方法与应用，通过添加引发剂产生自由基，引入3
‑
(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵接枝共聚形成阳离子化β
‑ꢀ
环糊精/壳聚糖复合材料，对小球藻有高效的采收效率，具体地：
[0024](1)β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料无毒，可生物降解，是一种绿色环保型生物絮凝剂，可降低对自然生态环境的影响，避免造成二次污染。壳聚糖/β
‑
环糊精复合材料含有丰富的氨基(
‑
NH3)和羟基(
‑
OH)，并且引入了大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳离子功能化β
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环糊精/壳聚糖复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将β
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环糊精和壳聚糖通过加入引发剂产生自由基，后通过引入3
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(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵产生接枝共聚反应，获得所述阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料。2.根据权利要求1所述的一种阳离子功能化β
‑
环糊精/壳聚糖复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将β
‑
环糊精粉末溶解于去离子水中，获得β
‑
环糊精水溶液；将壳聚糖粉末溶解于乙酸溶液中，获得壳聚糖乙酸溶液；将所述β
‑
环糊精水溶液和所述壳聚糖乙酸溶液混匀，加入引发剂以进行自由基产生反应，后加入3
‑
(异丁烯酰胺)丙基三甲基氯化铵进行接枝共聚反应，获得反应混合物；将反应混合物加入氢氧化钠溶液进行中和反应，后加入无水乙醇溶液获得沉淀，经洗涤和干燥，获得所述阳离子功能化β
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环糊精/壳聚糖复合材料。3.根据权利要求2所述的一种阳离子功能化β
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环糊精/壳聚糖复合材料的制备方法，其特征在于，所述β
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环糊精粉末和所述壳聚糖粉末的质量比为(0.9
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1.1)：(0.9
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1.1)。4.根据权利要求2所述的一种阳离子功能化β
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环糊精/壳聚糖复合材料的制备方法，其特征在于，所述乙酸溶液的体积分数为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱联东，尹志红，李双喜，胡丹，秦轶凡，褚若愚，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：