一种含羧化g-C制造技术

本发明专利技术公开了一种含羧化g‑C

A kind of G-C containing carboxylation

【技术实现步骤摘要】
一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜的制备方法
本专利技术涉及一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜的制备方法，属于功能材料和膜分离领域。本专利技术涉及抗菌、过滤膜、水凝胶等
具体涉及一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜的制备方法。
技术介绍
膜分离技术以其独特的优点和广泛适应性已经成为一种重要的分离技术。随着膜分离应用领域的不断扩大，制膜工艺的日趋成熟，膜分离技术已经成功的应用在工业生产的各个领域，如能源，矿产，石油化工，医疗，食品，水处理，海水淡化等。与传统的分离方法相比，膜分离具有占地面积少，工艺简单、操作方便、投资少、低污染等优点，满足当今社会节能减排可持续发展的需求。传统膜通常由无机材料(陶瓷)、有机高分子材料或无机有机复合材料制成，其结构分为多种；不同的材料和结构决定了膜的应用方向和分离程度，从而对应不同的用途。与无机膜相比聚合物膜具有尺寸小，能耗低，制备简单，价格便宜等的优势，但是也存在着一定的弊端，分离膜的耐酸碱性，耐有机溶剂以及应用过程中膜容易滋生细菌、机械强度差、热稳定性差严重等问题。抗菌方法可分为物理方法和化学方法两类。物理方法是通过温度、压力以及使用环境的电磁波、电子射线等物理手段杀菌；化学方法则是通过调节pH值进行气体交换、失水隔离营养源等手段灭菌。而目前在材料领域使用的方法主要是通过添加抗菌剂的办法来达到抗菌的效果，这种方法均有适用面广、效率高、有效期长的特点。抗菌剂大体上可分为无机系、有机系和天然生物系3大类；无机抗菌剂利用银、铜、锌等金属的抗菌能力，通过物理吸附离子交换等方法，将银、铜、锌等金属固定在氟石、硅胶等多孔材料的表面制成抗菌剂，然后将其加入到相应的制品中即获得具有抗菌能力的材料，其不会使细菌产生耐药性，但无机抗菌剂通常在纳米尺寸使抗菌效果才明显，随着纳米尺寸的增加，抗菌效果逐步下降。而无机抗菌剂容易团聚，团聚后尺寸明显变大，进而使其抗菌效果大幅度降低。g-C3N4无机抗菌剂由于无毒性、安全性高和良好的稳定性能，得到了研究者的普遍关注。g-C3N4无机纳米材料能够有效利用太阳光，在环境保护和能源节约方面得到了广泛的应用。然而，对于将g-C3N4无机半导体材料作为无机抗菌剂来抑菌杀菌进行研究却极少。为了探究g-C3N4无机半导体材料在杀菌方面的应用，利用冷等离子体辐照处理提高其抗菌性能也成为了研究的新方向。通过回收实验可以得知，g-C3N4无机抗菌剂的杀菌性能比较稳定，并且可以回收反复利用。天津大学将g-C3N4纳米片(CNs)与海藻酸钠(SA)复合，制备出具有优异水/乙醇分离性能的高选择性杂化膜【J.Membrane.Sci，2015，490：72-83.】。由于CNs与SA链之间存在较强的界面相互作用，杂化膜具有较高的机械强度和抗溶胀性。尤其是杂化膜内CNs的水平排列的层状结构可以为水的传输提供有序的通道，而CNs的纳米多孔结构可以提供额外的筛分效应。此外，CNs对聚合物链填料的干预会导致结晶度降低。因此，杂化膜对水/乙醇混合物的分离具有良好的透水性和选择性。尤其对于含3wt.％CNs的膜，在76℃和10wt.％的进水浓度下，膜的渗透通量可达2469gm-2h-1，分离系数高达1653。同时，杂化膜具有良好的长期稳定性。本专利技术公开了一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜的制备方法。首先用重铬酸钾和硫酸的混合水溶液对g-C3N4进行化学氧化，在其基面上生成羟基和羧基，为了进一步提高g-C3N4表面的羧基含量，将化学氧化后的g-C3N4与氯乙酸反应得到羧化g-C3N4。接下来将羧化g-C3N4充分分散到水中，加入海藻酸钠充分溶解，得到铸膜液。将该铸膜液刮成膜并浸泡于可溶性钙盐水溶液中充分交联，得到一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜。钙离子可同时交联羧化g-C3N4上的羧基和海藻酸盐上的羧基，生成有机无机杂化材料，从而提高了海藻酸钙水凝胶的强度，降低了其溶胀性能。g-C3N4赋予海藻酸钙水凝胶良好的抗菌性能，从而使含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜可长期使用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是传统膜不耐污染、亲水性差、海藻酸钙水凝胶过滤膜强度低、易被细菌降解等问题。本专利技术解决所述传统膜不耐污染、亲水性差、海藻酸钙水凝胶过滤膜强度低、易被细菌降解等问题的技术方案是提供一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜的制备方法。本专利技术提供了一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜的制备方法，其特征是包括以下步骤：a)用重铬酸钾和硫酸的混合水溶液对g-C3N4进行化学氧化，在g-C3N4基面上引入羟基和羧基，为进一步提高g-C3N4表面的羧基含量，将化学氧化后的g-C3N4与氯乙酸反应生成羧化g-C3N4，离心并洗涤去掉残留的无机盐和酸，冷冻干燥得到羧化g-C3N4固体粉末；控制氯乙酸的浓度，反应温度和反应时间使羧化g-C3N4中羧基的质量百分比含量为0.1-10％；b)将步骤a)得到的羧化g-C3N4固体粉末分散到去离子水中，调节溶液的pH值为9-12，超声5-120min使羧化g-C3N4固体粉末均匀分散在水中，控制羧化g-C3N4在水中的质量百分比浓度为0.01％-5％；c)向步骤b)得到的含均匀分散的羧化g-C3N4的水中加入水溶液质量百分比0.5％-5％的海藻酸钠，边加入边搅拌直至海藻酸钠充分溶解，静置消泡得到铸膜液；d)配制质量百分比浓度为0.2％-20％的可溶性钙盐水溶液，作为凝固浴；e)将步骤c)得到的铸膜液倒在干燥清洁的玻璃板上，用两端缠绕直径为20-1500μm铜丝的玻璃棒刮平，然后立即将玻璃板和刮好的膜放入步骤d)得到的凝固浴中浸泡5-240min，可溶性钙盐与海藻酸钠反应生成海藻酸钙水凝胶的同时，也与羧化g-C3N4上的羧基交联，生成有机无机杂化结构，再加上羧化g-C3N4的物理增强作用，从而提高了海藻酸钙水凝胶的机械强度，降低了其溶胀性能；f)最后用去离子水浸泡洗涤除去膜中和膜表面残留的无机盐，得到一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜，其对大肠杆菌的抑菌率为80％-100％，而该过滤膜在生理盐水中的溶胀率仅为海藻酸钙水凝胶过滤膜的20％-50％。本专利技术所述的可溶性钙盐为氯化钙、硝酸钙、磷酸二氢钙、葡萄糖酸钙中的任意一种或两种及以上混合物。本专利技术中，羧化g-C3N4赋予海藻酸钙水凝胶过滤膜良好的抗菌性能，避免了海藻酸钙水凝胶过滤膜在使用过程中被细菌降解。本专利技术得到的含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜具有良好的抗污染性能，在染料脱盐、红糖脱色及蛋白质纯化中具有很好的应用前景。具体实施方式下面介绍本专利技术的具体实施例，但本专利技术不受实施例的限制。实施例1.a)用重铬酸钾和硫酸的混合水溶液对g-C3N4进行化学氧化，在g-C3N4基面上引入羟基和羧基，为进一步提高g-C3N4表面的羧基含量，将化学氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含羧化g-C

【技术特征摘要】
1.一种含羧化g-C3N4的海藻酸钙抗菌水凝胶过滤膜的制备方法，其特征是包括以下步骤：
a)用重铬酸钾和硫酸的混合水溶液对g-C3N4进行化学氧化，在g-C3N4基面上引入羟基和羧基，为进一步提高g-C3N4表面的羧基含量，将化学氧化后的g-C3N4与氯乙酸反应生成羧化g-C3N4，离心并洗涤去掉残留的无机盐和酸，冷冻干燥得到羧化g-C3N4固体粉末；控制氯乙酸的浓度，反应温度和反应时间使羧化g-C3N4中羧基的质量百分比含量为0.1-10％；
b)将步骤a)得到的羧化g-C3N4固体粉末分散到去离子水中，调节溶液的pH值为9-12，超声5-120min使羧化g-C3N4固体粉末均匀分散在水中，控制羧化g-C3N4在水中的质量百分比浓度为0.01％-5％；
c)向步骤b)得到的含均匀分散的羧化g-C3N4的水中加入水溶液质量百分比0.5％-5％的海藻酸钠，边加入边搅拌直至海藻酸钠充分溶解，静置消泡得到铸膜液；
d)配制质量百分比浓度为0.2％-20％的可溶性钙盐水溶液，作为凝固浴；
e)将步骤c)得到的铸膜液倒在干燥清洁的玻璃板上，用两端缠绕直径为20-1500μm铜丝的玻璃棒刮平，然后立即将玻璃板和刮好的膜放入步骤d)得到的凝固浴中浸泡5-240min...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵孔银，白甜，谢文宾，张越，赵慧，高徽徽，郭智龙，廖伟龙，魏俊富，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12