介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供介孔‑微孔碳纳米管‑蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法，分别配制碳纳米管载地塞米松的湿凝胶与蒙脱土湿凝胶后，将二者与庆大霉素溶液混合后，制得介孔‑微孔碳纳米管‑蒙脱土复合气凝胶材料。随着浸泡时间的逐渐增加，负载于介孔中的药物庆大霉素率先释放，随着浸泡时间的进一步增加，负载于微孔中的地塞米松药物后续释放，实现了一次服药，多次给药的效果。

【技术实现步骤摘要】
介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，更具体地说，涉及一种介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
蒙脱土(MMT)是一类由纳米厚度(约1nm)的表面带负电的硅酸盐片层依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物。其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，属2:1型层状硅酸盐。(谢友利,张猛,周永红.蒙脱土的有机改性研究进展[J].化工进展,2012,(04):844-851.)其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，属2:1型层状硅酸盐。这种特殊的晶体结构赋予蒙脱土独特的性质，如表面极性大、阳离子交换能力强、层间表面含水等。蒙脱土每层的厚度约为1nm,长宽各约100nm,层间距大约为1nm左右。由于蒙脱土铝氧八面体上部分三价铝被二价镁同晶置换,使层内表面具有负电荷,过剩的负电荷通过层间吸附的阳离子来补偿,它们很容易与无机或有机阳离子进行交换。(周春晖,蔡晔,罗锡平,葛忠华,李小年,刘华彦.蒙脱土负载型固体酸催化剂的烷基化性能与结构研究[J].高校化学工程学报,2003,(01):96-100.)有机阳离子交换后的蒙脱土呈亲油性,并且层间的距离增大。有机改性蒙脱土能进一步在与单体或聚合物熔体混合的过程中,剥离为纳米尺度的结构片层,均匀分散在聚合物基体中,从而形成纳米复合材料。蒙脱土纳米管具有独特的纳米结构，是一种前景广阔的天然纳米材料。且蒙脱土纳米管分布广泛，价格便宜，无毒无害。蒙脱土因其独特的纳米结构，具有以下优点：首先，来源广泛，价格便宜；蒙脱土是一种天然黏土矿物，蕴藏丰富，分布广泛且开采较易。其次，具有很好的生物相容性；蒙脱土纳米管自然形成，无毒无害，生物相容性较好。另外，活泼羟基蕴藏在蒙脱土表面和层间，利于蒙脱土的改性以及进一步应用。再加上本身具有纳米尺度等特点，蒙脱土近年来已得到广泛关注和研究。蒙脱土纳米管的应用领域广泛。在陶瓷材料、复合材料、缓释材料、催化剂载体、模板、吸附应用等方面有大量的应用。因为蒙脱土纳米管是一种黏土矿，所以可用于陶瓷制作，这属于蒙脱土的传统应用领域。蒙脱土具有纤维增强功能，是制备超薄精细陶瓷的理想原料。近几年来，对埃洛石/聚合物复合材料及其性能的研究越来越受欢迎。蒙脱土能够在多数聚合物复合材料中较好分散，能有效提高聚合物的力学性能、热稳定性、阻燃性以及结晶性能，与其他传统填料相比有较大的优势(马建中,陈新江,储芸,杨宗邃.蒙脱土纳米复合材料的制备及应用研究[J].中国皮革,2002,(21):15-20.)。蒙脱土具有独特结构、环境友好、价廉易得等特点，利用其结构特点和吸附特性能够制备具有新型结构与性能的材料，广泛应用于纳米复合材料领域。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中的不足，提供了一种介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法，采用具有微孔结构的中空纤维为原料，搭建三维气凝胶网络，利用气凝胶的介孔结构和纤维的微孔结构，分别负载不同药物，实现药物的阶梯状分类释放。本专利技术的目的通过下述技术方案予以实现。介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法，按照下述步骤进行：步骤1，取0.5-15重量份十二烷基硫酸钠(SDS)、0.01-20重量份地塞米松加入100重量份水中，超声振荡均匀后，向其中加入0.5-15重量份的碳纳米管，超声分散均匀后，抽真空后保持真空，随后恢复到常压，重复抽真空步骤三次，得到步骤1的湿凝胶；步骤2，将0.05-15重量份蒙脱土干燥后，用溶剂配置为0.05-25wt％的蒙脱土分散液，将蒙脱土分散液机械搅拌均匀，再超声处理后，得到步骤2的湿凝胶；步骤3，将0.5-35重量份步骤1的湿凝胶、0.5-30重量份步骤2的湿凝胶、0.1-20重量份质量分数为0.05-20wt％的庆大霉素溶液混合，搅拌均匀再超声处理离心后，得到产物，将产物置于CO2超临界高压萃取装置中，以CO2为介质在温度10-300℃和气压1-20MPa下进行超临界干燥至少1h，可得到介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料。在步骤1中，将1-10重量份十二烷基硫酸钠(SDS)、0.05-15重量份地塞米松加入水中，超声振荡2-48h后，向其中加入1-10重量份的碳纳米管，超声分散1-24h后，抽真空后保持1h。在步骤2中，将0.1-10重量份蒙脱土在60-180℃下干燥5-20h，用溶剂配置为0.1-20wt％的蒙脱土分散液，将蒙脱土分散液在5-35℃下以150-400r/min的速度机械搅拌4-10h，再用50-300W功率的超声处理6-15h。在步骤3中，将1-30重量份碳纳米管载药湿凝胶、1-30重量份蒙脱土湿凝胶、0.5-15重量份质量分数为0.05-15wt％的庆大霉素溶液混合，在5-35℃下搅拌10-25h，超声处理6-15h，最后在1000-3500rpm转速下离心1-8h。在步骤3中，超临界干燥时间为2-4h，优选3h。在步骤1中加入的地塞米松分散至碳纳米管中空结构中，碳纳米管中空结构为介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料提供微孔结构，将地塞米松负载在碳纳米管内，碳纳米管之间形成三维网状结构，步骤2中加入的蒙脱土成功构建为网络孔隙结构，上述三维网状结构与碳纳米管成功构建为网络孔隙结构共同形成了三维网络孔隙结构，上述三维网络孔隙结构为介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料提供介孔结构，同时将庆大霉素负载在介孔结构中。采用贝士德仪器科技(北京)有限公司3H-2000PS1型静态容量法比表面积及孔径测试仪分析根据本专利技术所述方法制备的复合材料的N2吸附-脱附曲线，如附图1。从图中可以看出，该材料的N2吸附-脱附曲线为IUPAC分类中H1型迟滞环的IV类等温曲线，即由介孔结构产生。说明材料本身具有介观尺度的孔结构。从低压端点分布出现垂直上升趋势，可以看出样品内部存在较多微孔，是由于微孔内部强吸附势造成的。由氮气吸附脱附等温线数据，该样品比表面积可达到602.14m2g-1，该材料内部同时存在介孔-微孔二级孔结构，经多组测量材料的平均比表面积为600-608m2g-1。将N2吸附-脱附曲线中的数据，通过BJH公式和开尔文公式，代入相关数值，可整理得孔径的计算方程rk＝-0.964/ln(p/p0)，单位为nm，同时再加上吸附层厚度t＝0.362[-5/ln(p/p0)]^(1/3)，可得实际孔径为r＝rk+t，故孔径是受相对压力影响的函数，这样一来可以求得在不同的相对压力下的孔径，可以计算求得材料中存在两个孔径尖分布，一种为10.38nm，另一种为20.41μm，经多组测量，纳米尺度孔隙平均可达10-12nm,微米尺度孔隙平均可达20-22μm。由此可见，材料同时存在纳米尺度和微米尺度孔隙。采用荷兰Philips的Nanosem430场发射扫描电子显微镜对利用本专利技术所述方法制备的复合材料的微观形貌进行观察，如图2所示。从图中可以看出，蒙脱土片层成功构建为网络孔隙结构，孔径尺寸在介孔尺度。搭接成三维网状的碳纳米管均匀的分散在蒙脱土三维网络孔隙中，实现了双重负载体系的构建。参照文献(李德贵，纳米纤维素基药物缓释材料的制备及表征，华南理工大学，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.介孔‑微孔碳纳米管‑蒙脱土复合气凝胶材料，其特征在于：碳纳米管‑蒙脱土复合气凝胶材料平均比表面积为600‑608m

【技术特征摘要】
1.介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料，其特征在于：碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料平均比表面积为600-608m2g-1，碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料中同时存在纳米尺度和微米尺度孔隙，纳米尺度孔隙平均为10-12nm，微米尺度孔隙平均为20-22μm，按照下述步骤进行：步骤1，取0.5-15重量份十二烷基硫酸钠(SDS)、0.01-20重量份地塞米松加入100重量份水中，超声振荡均匀后，向其中加入0.5-15重量份的碳纳米管，超声分散均匀后，抽真空后保持真空，随后恢复到常压，重复抽真空步骤三次，得到步骤1的湿凝胶；步骤2，将0.05-15重量份蒙脱土干燥后，用溶剂配置为0.05-25wt％的蒙脱土分散液，将蒙脱土分散液机械搅拌均匀，再超声处理后，得到步骤2的湿凝胶；步骤3，将0.5-35重量份步骤1的湿凝胶、0.5-30重量份步骤2的湿凝胶、0.1-20重量份质量分数为0.05-20wt％的庆大霉素溶液混合，搅拌均匀再超声处理离心后，得到产物，将产物置于CO2超临界高压萃取装置中，以CO2为介质在温度10-300℃和气压1-20MPa下进行超临界干燥至少1h，可得到介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料；在步骤1中加入的地塞米松分散至碳纳米管中空结构中，碳纳米管中空结构为介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料提供微孔结构，将地塞米松负载在碳纳米管内，碳纳米管之间形成三维网状结构，步骤2中加入的蒙脱土成功构建为网络孔隙结构，上述三维网状结构与碳纳米管成功构建为网络孔隙结构共同形成了三维网络孔隙结构，上述三维网络孔隙结构为介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料提供介孔结构，同时将庆大霉素负载在介孔结构中。2.根据权利要求1所述的介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料，其特征在于：在步骤1中，将1-10重量份十二烷基硫酸钠(SDS)、0.05-15重量份地塞米松加入水中，超声振荡2-48h后，向其中加入1-10重量份的碳纳米管，超声分散1-24h后，抽真空后保持1h。3.根据权利要求1所述的介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料，其特征在于：在步骤2中，将0.1-10重量份蒙脱土在60-180℃下干燥5-20h，用溶剂配置为0.1-20wt％的蒙脱土分散液，将蒙脱土分散液在5-35℃下以150-400r/min的速度机械搅拌4-10h，再用50-300W功率的超声处理6-15h。4.根据权利要求1所述的介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料，其特征在于：在步骤3中，将1-30重量份碳纳米管载药湿凝胶、1-30重量份蒙脱土湿凝胶、0.5-15重量份质量分数为0.05-15wt％的庆大霉素溶液混合，在5-35℃下搅拌10-25h，超声处理6-15h，最后在1000-3500rpm转速下离心1-8h。5.根据权利要求1所述的介孔-微孔碳纳米管-蒙脱土...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪彦，付永强，刘洪丽，魏冬青，李海明，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：天津,12