一种壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种壳聚糖‑聚乙烯醇‑铁复合膜的制备方法与应用，将质量分数为3％的壳聚糖溶液、4％的聚乙烯醇溶液、浓度为0.3mol/L的FeCl3溶液按照溶液质量比为6:3:2混合均匀，静置消泡后得到铸膜液，铸膜液滴入培养皿中，60℃烘干后放入NaOH溶液中浸泡，再用去离子水洗至中性后将膜摊开阴干，最终得到壳聚糖‑聚乙烯醇‑铁复合膜。本发明专利技术大大缩短了反应时间，工艺流程简单，反应条件温和，克服了壳聚糖在酸性条件下易溶解的现象，所得壳聚糖‑聚乙烯醇‑铁复合膜可用于酸性印染废水的处理中，去除率高，且处理酸性废水后膜的完整性较好。吸附后的复合膜可解吸再生，再生率达到70％以上，具有较高的工业应用价值。

Preparation and Application of a Chitosan-Polyvinyl Alcohol-Iron Composite Film

【技术实现步骤摘要】
一种壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法与应用
本专利技术属于材料制备及环境保护
，具体是一种壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法与应用。
技术介绍
甲壳素分子中，因其内外氢键的相互作用，形成了有序的大分子结构，溶解性能很差，而甲壳素经脱乙酰化处理的产物-壳聚糖，却由于其分子结构中大量游离氨的存在，溶解性能大大改观。壳聚糖在水中溶解度极差，在酸性溶液中，由于氢离子的存在，大大加强了氨基质子化过程，这大大加大了壳聚糖在酸性溶液中的溶解性，但同时限制了壳聚糖在处理含酸性工业废水的情况。壳聚糖化学结构为带阳离子的高分子碱性多糖聚合物，并具有独特的理化性能和生物活化功能。壳聚糖因具有抑菌、降血脂、抗衰老，可用于医药、保健、食品领域。由于其分子中含有大量的氨基和与氨基相临的羟基，因此对许多金属离子具有螯合吸附作用，此外壳聚糖能通过络合及离子交换的作用，对染料、卤素等进行吸附，用于染料废水、印染废水、食品工业废水的处理，从而净化环境，保护人类健康。聚乙烯醇(PVA)是一种可溶于水的高分子材料，其物理性质受化学结构、醇解度、聚合度的影响。在聚乙烯醇分子中存在着两种化学结构，即1,3和1,2-乙二醇结构，但主要的结构是1,3-乙二醇结构，PVA易成膜，其膜的机械性能优良。同时，PVA是唯一可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物，在一定条件下，可以自然被降解，属于一种生物可降解环保型高分子材料，此外聚乙烯醇价格低廉，易得。单一的壳聚糖-聚乙烯醇膜在水溶液中易溶，尤其是在酸性溶液中易溶，极不稳定，大大限制了壳聚糖-聚乙烯醇膜的使用，因此开发壳聚糖的新型复合材料具有重要的意义。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供一种壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法与应用，采用直接掺杂无机盐络合反应制备了壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜，大大节省了成膜时间，且操作简单，反应条件温和，克服了壳聚糖在弱酸性条件下易溶解的现象，可用于对印染废水尤其是酸性印染废水的处理中。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本专利技术提出的一种壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将壳聚糖加入乙酸溶液中，在超声作用下不停地搅拌使其完全溶解，制备质量分数为3％的壳聚糖溶液，然后在超声仪中消泡，消泡时间为1h；将聚乙烯醇加入到去离子水中，于90℃下搅拌溶解，制备质量分数为4％的聚乙烯醇溶液，完全溶解后冷却到常温备用；(2)将质量分数为3％壳聚糖溶液与质量分数为4％的聚乙烯醇溶液按照质量比为2:1进行混合并置于超声仪中不停地震荡搅拌，待溶液混合均匀后取出，静置消泡后得到壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的混合液，记为混合溶液Ⅰ；(3)在混合溶液Ⅰ中加入摩尔浓度为0.3mol/L的FeCl3溶液，FeCl3溶液的加入质量与混合溶液Ⅰ中壳聚糖溶液的质量比为1:3，用玻璃棒不停地搅拌，待溶液完全为棕红色时停止搅拌，得到铸膜液；(4)用胶头滴管吸取铸膜液，滴加入塑料培养皿中，摊平后放入60℃烘箱中，待膜干且与塑料培养皿完全分离后取出；将取出的膜放入质量分数为5％的NaOH溶液中浸泡10-30分钟后取出，以去离子水清洗薄膜，洗至清洗液为中性后将膜摊开进行阴干，最终得到壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜。本专利技术解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法，乙酸溶液的质量分数为5％。前述的壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法，所得壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜用于处理酸性或中性或碱性的印染废水。前述的壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法，所得壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜用于处理酸性或中性或碱性的含刚果红的废水。进一步，所得壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜用于处理酸性或中性或碱性的含刚果红的废水时，是将壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜放入含刚果红的废水中进行吸附处理，所述壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜对酸性废水中刚果红的吸附容量大于450mg/g，对刚果红的去除率大于90％。进一步，壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜对刚果红的吸附平衡时间为3h。进一步，壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜对废水吸附处理后用pH＝12、体积分数为75％的酒精溶液解吸再生，三次解吸再生后再生率大于70％。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过直接掺杂无机盐铁盐，铁与壳聚糖通过络合反应结合，节省了原有通过添加交联剂使材料结合的反应时间。传统添加交联剂反应需半小时甚至多达两小时的反应时间，本专利技术的反应几乎是瞬间完成。(2)掺杂铁盐后铁与壳聚糖通过络合反应制成新型复合膜，工艺流程操作简单，反应条件温和，克服了壳聚糖在酸性条件下易溶解的现象。单纯的壳聚糖-聚乙烯醇膜在酸性条件下易溶解，本专利技术最终形成的壳聚糖-聚乙烯醇-铁新型复合膜为网状结构，这种结构使得壳聚糖在酸性条件下更加稳定。实验证明在溶液pH＝3时，壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜对刚果红废水的去除率仍达到85％以上，且吸附后复合膜仍是完整的。(3)本专利技术所得壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜吸附量大，单位吸附量可达到450mg/g以上，同时该复合膜解吸再生效果明显，再生工艺简单，采用乙醇溶液调整pH进行解吸，三次解吸再生后对吸附质的去除率仍在55％以上，再生率大于70％，在工业上具有较高的应用价值。附图说明图1是本专利技术的壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的SEM电镜照片；图2是吸附时间对壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜吸附刚果红吸附量的影响曲线；图3是壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜对刚果红吸附前的红外图；图4是壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜对刚果红吸附后的红外图；图5是不同初始pH下壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜对刚果红吸附量的变化曲线；图6是壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜和壳聚糖-聚乙烯醇复合膜的耐酸性实验；图7是壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的三次解吸再生效果图。具体实施方式为进一步阐述本专利技术采取的技术手段和技术效果，以下结合实施例，对本专利技术进行详细说明。实施例1(1)将3g壳聚糖溶解于97g质量分数为5％的乙酸溶液中，溶解的整个过程在超声仪中进行，且需不停的搅拌，完全溶解后放于超声仪中进行消泡,消泡时间为1h。将4g聚乙烯醇加入到盛有96g去离子水的烧杯中，在烧杯中加入磁籽并将烧杯置于磁力搅拌器上，将磁力搅拌器温度设置为90℃，在磁力搅拌器加热、搅拌下使聚乙烯醇溶解，待完全溶解后取出磁籽，冷却到常温备用。(2)将质量分数为3％壳聚糖溶液与质量分数为4％的聚乙烯醇溶液按照质量比为2:1混合并置于超声仪中不停搅拌，待溶液混合均匀后取出，静置消泡后得到混合溶液Ⅰ(即壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的混合液)待用。在混合溶液Ⅰ中加入摩尔浓度为0.3mol/L的FeCl3溶液，FeCl3溶液的加入质量与混合溶液Ⅰ中壳聚糖溶液的质量比为1:3。用玻璃棒不停搅拌，待溶液完全为棕红色时停止搅拌，得到铸膜液。(3)将铸膜液用延流法倒在1m×1.6m的长方形玻璃板上，用胶头滴管填满未流到的区域，用玻璃棒碾平过厚区域，自然条件下阴干，两天后待膜干后用小刀切割成2cm×2cm的小方块，将质量分数为5％的NaOH溶液均匀涂抹到成膜区域，二十分钟后，用钢尺慢慢将薄膜刮下，用去离子水清洗薄膜，待溶液为中性后晾干，待用。实施例2本实施例的步骤(1)和步骤(2)同实施例1，步骤(3)如下：用胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种壳聚糖‑聚乙烯醇‑铁复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将壳聚糖加入乙酸溶液中，在超声作用下不停地搅拌使其完全溶解，制备质量分数为3％的壳聚糖溶液，然后在超声仪中消泡，消泡时间为1h；将聚乙烯醇加入到去离子水中，于90℃下搅拌溶解，制备质量分数为4％的聚乙烯醇溶液，完全溶解后冷却到常温备用；(2)将质量分数为3％壳聚糖溶液与质量分数为4％的聚乙烯醇溶液按照质量比为2:1进行混合并置于超声仪中不停地搅拌，待溶液混合均匀后取出，静置消泡后得到壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的混合液，记为混合溶液Ⅰ；(3)在混合溶液Ⅰ中加入摩尔浓度为0.3mol/L的FeCl3溶液，FeCl3溶液的加入质量与混合溶液Ⅰ中壳聚糖溶液的质量比为1:3，用玻璃棒不停地搅拌，待溶液完全为棕红色时停止搅拌，得到铸膜液；(4)用胶头滴管吸取铸膜液，滴加入塑料培养皿中，摊平后放入60℃烘箱中，待膜干且与塑料培养皿完全分离后取出；将取出的膜放入质量分数为5％的NaOH溶液中浸泡10‑30分钟后取出，以去离子水清洗薄膜，洗至清洗液为中性后将膜摊开进行阴干，最终得到壳聚糖‑聚乙烯醇‑铁复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种壳聚糖-聚乙烯醇-铁复合膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将壳聚糖加入乙酸溶液中，在超声作用下不停地搅拌使其完全溶解，制备质量分数为3％的壳聚糖溶液，然后在超声仪中消泡，消泡时间为1h；将聚乙烯醇加入到去离子水中，于90℃下搅拌溶解，制备质量分数为4％的聚乙烯醇溶液，完全溶解后冷却到常温备用；(2)将质量分数为3％壳聚糖溶液与质量分数为4％的聚乙烯醇溶液按照质量比为2:1进行混合并置于超声仪中不停地搅拌，待溶液混合均匀后取出，静置消泡后得到壳聚糖溶液与聚乙烯醇溶液的混合液，记为混合溶液Ⅰ；(3)在混合溶液Ⅰ中加入摩尔浓度为0.3mol/L的FeCl3溶液，FeCl3溶液的加入质量与混合溶液Ⅰ中壳聚糖溶液的质量比为1:3，用玻璃棒不停地搅拌，待溶液完全为棕红色时停止搅拌，得到铸膜液；(4)用胶头滴管吸取铸膜液，滴加入塑料培养皿中，摊平后放入60℃烘箱中，待膜干且与塑料培养皿完全分离后取出；将取出的膜放入质量分数为5％的NaOH溶液中浸泡10-30分钟后取出，以去离子水清洗薄膜，洗至清洗液为中性后将膜摊开进行阴干，最终得到壳聚糖...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩润平，闻康，张瑞泽，陈姗姗，张小停，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41