氧化硅-壳聚糖复合气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化硅-壳聚糖复合气凝胶及其制备方法，所述氧化硅-壳聚糖复合气凝胶包含壳聚糖、壳聚糖交联剂以及氧化硅，其中，壳聚糖质量分数为9%-65%，氧化硅质量分数为30%-90%，壳聚糖交联剂质量分数为1%~5%。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，所述氧化硅-壳聚糖复合气凝胶包含壳聚糖、壳聚糖交联剂以及氧化硅，其中，壳聚糖质量分数为9%-65%，氧化硅质量分数为30%-90%，壳聚糖交联剂质量分数为1%~5%。【专利说明】
本专利技术属于复合新材料领域，具体涉及一种氧化硅-壳聚糖复合气凝胶及其制备 方法，所制备的复合气凝胶耐酸碱性能好，比表面积高，可根据需要嫁接不同官能团，用于 医药、水处理、化工等领域。
技术介绍
壳聚糖来源于天然高分子甲壳素，自然界含量丰富，分子内含有氨基、羟基等活性 官能团，且具有良好的生物相容性、微生物降解性等优异性能，在医药、食品、化工、化妆品、 水处理、金属提取和回收等领域具有重要的应用前景。 在水溶液中，壳聚糖分子的氨基很容易离子化，当pH值低于5时，壳聚糖会发生溶 解，极大限制了酸性溶液中壳聚糖的应用。为了改善壳聚糖的抗酸性，一般将壳聚糖与交联 剂发生交联，但是所制备的交联壳聚糖树脂比表面积小。壳聚糖常作为载体或吸附剂，比表 面积是一个重要的参数指标，较小的比表面积极大的影响了壳聚糖的应用效果。为了提高 壳聚糖的比表面积，人们尝试制备壳聚糖气凝胶。但是壳聚糖分子间存在很强的氢键，导致 凝胶在干燥过程中发生严重的变形和收缩，这增加了壳聚糖气凝胶制备的难度。为提高壳 聚糖气凝胶的比表面积，一般采用两种方式：（1)采用超临界干燥方式，但安全隐患较大、 成本较高；（2)以无机凝胶为骨架支撑，制备壳聚糖复合气凝胶。 陈代荣等（J. Phys. Chem. B 2008, 112, 7721-7725)公开了一种壳聚糖气凝胶的制 备方法。以甲醛、乙二醛或戊二醛为交联剂与壳聚糖的稀酸溶液发生交联反应，形成壳聚糖 水凝胶，采用超临界干燥方式制备壳聚糖气凝胶，其中甲醛交联壳聚糖气凝胶比表面积可 达845m2/g。但是该方法采用超临界干燥方式，安全隐患较大，成本较高，很难在工业上大规 模应用。 Michael R. Ayers(Journal of Non-Crystalline Solids, 2001，285, 123-127)公 开了一种氧化硅-壳聚糖气凝胶的制备方法。该方法以正硅酸乙酯为硅源，首先制备氧化 硅-壳聚糖湿凝胶，然后采用超临界干燥方式制备了高比表面积的氧化硅-壳聚糖复合气 凝胶，比表面具最高可达750m 2/g。但该方法没有将壳聚糖与交联剂发生反应，限制了其在 酸性环境中的应用。同时，该方法采用超临界干燥方式，安全隐患较大，成本较高。 因此，该领域迫切需要一种简单、快捷的方式制备壳聚糖气凝胶。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有壳聚糖气凝胶性能和制备方法方面的缺陷，本专利技术提供了一 种。 本专利技术提供了一种氧化硅-壳聚糖复合气凝胶，所述氧化硅-壳聚糖复合气凝胶 包含壳聚糖、壳聚糖交联剂以及氧化硅，其中，壳聚糖质量分数为9% -65%，氧化硅质量分 数为30% -90%，壳聚糖交联剂的质量分数为1% -5%。应理解，此处的壳聚糖交联剂包括 存在于复合气凝胶当中的壳聚糖交联剂因与壳聚糖发生反应形成的连接基团。 较佳地，所述氧化硅-壳聚糖复合气凝胶具有三维多孔网络结构，BET比表面积为 300_1000m 2/g，振实密度为 0· 1-1. Og/cm3。 较佳地，所述壳聚糖交联剂为甲醛、乙二醛、戊二醛、丁二醛中的至少一种。 又，本专利技术还提供了一种上述氧化硅-壳聚糖复合气凝胶的制备方法，所述制备 方法包括： 1) 将pH为2-3的硅酸溶液与pH为1-3的壳聚糖溶液混合均匀得到硅酸-壳聚糖混合 溶胶或溶液； 2) 调节步骤1)制备的硅酸-壳聚糖混合溶胶或溶液的pH值至5-7之间，并向所述硅 酸-壳聚糖混合溶胶或溶液中加入壳聚糖交联剂，搅拌均匀后于40?80°C下反应0. 5? 12小时，得氧化硅-壳聚糖复合凝胶，其中，壳聚糖、壳聚糖交联剂以及硅酸之间的质量比 符合所述氧化硅-壳聚糖复合气凝胶中组成之间的比例关系； 3) 先将步骤2)制备的氧化硅-壳聚糖复合凝胶捣碎至颗粒尺寸小于lcm，再将捣碎的 氧化硅-壳聚糖复合凝胶中浸入极性有机溶剂中，通过搅拌使得极性有机溶剂置换出氧化 硅-壳聚糖复合凝胶中的水； 4) 将步骤3)中置换完毕的氧化硅-壳聚糖复合凝胶，浸入非极性有机溶剂中，通过搅 拌使得非极性有机溶剂置换出氧化硅-壳聚糖复合凝胶中的极性有机溶剂； 5) 将步骤4)中置换完毕的氧化硅-壳聚糖复合凝胶进行常压干燥处理。 较佳地，步骤1)中，硅酸溶液的制备方式为：先将模数为1. 0-3. 5的水玻璃与水混 合，得到水玻璃溶液，然后将水玻璃溶液倒入强酸性阳离子交换树脂中，搅拌5-30分钟后 过滤得到清液得到所述pH值为2-3的硅酸溶液。 较佳地，步骤1)中，所述pH为1-3的壳聚糖溶液由壳聚糖粉体溶于0.01? 0. lmol/L的稀酸中制得，所述壳聚糖粉体的脱乙酰度为60% -95%。 较佳地，步骤3)中，极性有机溶剂为醇类溶剂、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、丙 酮中的至少一种。 较佳地，步骤3)中，重复在25-80°C下搅拌1-24小时，重复的次数为2-5次，从而 实现溶剂置换。 较佳地，步骤4)中，非极性有机溶剂表面张力需小于25mN-m，优选环己烷、正己 烷、正庚烷或其组合。 较佳地，步骤4)中，重复在25-80°C下搅拌1-24小时，重复的次数为2-5次，从而 实现溶剂置换。 较佳地，步骤4)中，氧化硅-壳聚糖复合凝胶在第一次浸入非极性有机溶剂时，在 非极性有机溶剂中加入通式为RSiX3的硅烷偶联剂，R为有机基团，优选，乙烯基、氨基、环 氧基、巯基、异氰酸酯，X为易水解基团，优选氯基、甲氧基、乙氧基，硅烷偶联剂的加入量为 所用水玻璃体积的〇% -50%，根据实际需求而定，甚至有时无需表面化学改性。 较佳地，步骤5)中，干燥处理为：在80-120°C下，干燥2-12小时。 本专利技术的有益效果： 本专利技术的特点是所制备的氧化硅-壳聚糖复合气凝胶，壳聚糖质量分数为9% -65%， 壳聚糖交联剂的质量分数为1% -5%，氧化硅质量分数为30% -90%。本专利技术通过溶胶凝 胶法，采用共聚合的方式制备氧化硅-壳聚糖复合水凝胶，然后实施多次极性和非极性溶 剂的溶剂置换和表面化学改性，最终通过常压干燥方法制备了高比表面积、耐酸碱性能好 的氧化硅-壳聚糖复合气凝胶，可应用于医药、水处理、化学化工等领域。本方法所使用的 主要原料为工业水玻璃和壳聚糖，来源丰富，价格低廉，并且生产条件温和、耗时时间短，步 骤简单易操作，生产效率高，适合大规模的工业化生产。 【专利附图】【附图说明】 图1示出了本专利技术的一个实施方式中制备的氧化硅-壳聚糖复合气凝胶的SEM照 片； 图2示出了本专利技术的一个实施方式中制备的氧化硅-壳聚糖气凝胶红外吸收光谱； 图3示出了本专利技术的一个实施方式中制备的氨基改性氧化硅-壳聚糖气凝胶红外吸收 光谱； 图4示出了本专利技术的一个实施方式中制备的氧化硅-壳聚糖气凝胶红外吸收光谱。 【具体实施方式】 以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图及下述实施方式 仅用于说明本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化硅‑壳聚糖复合气凝胶，其特征在于，所述氧化硅‑壳聚糖复合气凝胶包含壳聚糖、壳聚糖交联剂以及氧化硅，其中，壳聚糖质量分数为9%‑65%，氧化硅质量分数为30%‑90%，壳聚糖交联剂质量分数为1%‑5%。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宇迪，高相东，顾正莹，李效民，张树德，丁绪坤，虎学梅，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31