一种羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法。该方法先将紫苏梗溶于NaOH溶液中，再将混合溶液置于乙醇中沉淀、提取半纤维素，并将半纤维素干燥完全；将半纤维素置于乙醇溶剂中，加入NaOH溶液与之反应；随后在加热条件下加入氯醋酸醚化，将产物洗涤、干燥即得到羧甲基半纤维素。然后将羧甲基半纤维素、壳聚糖分别置于去离子水中，快速搅拌至两者各自完全分散均匀，再将两者混合，在快速搅拌下缓慢滴加冰醋酸溶液，待混合溶液静置脱泡后，将其逐滴加入NaOH溶液中，即可得到羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶。本发明专利技术制备工艺简单、易于控制、副反应少，得到的水凝胶对水体中的重金属离子有较好的吸附处理效果，其成本低廉，在实际运用中具有良好的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法
本专利技术属于水凝胶
，具体涉及一种羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法。
技术介绍
随着城镇化和工业化的迅猛发展，部分土壤和水体受到污染，引起社会广泛关注。重金属离子是其中的主要污染物之一。重金属具有毒性强、难降解等污染特性，一旦被生物体摄取后，在生物链的上端富集，使蛋白质、酶等失活，造成累积性中毒。生物质基水凝胶因为其对重金属离子有较好吸附效果、成本低廉、应用范围广等优点，在重金属污染处理的研究中越来越受重视。中国专利申请号CN201310405055.6，专利技术公开了一种制备高强度壳聚糖/纤维素复合水凝胶膜的方法，按重量百分比含量取壳聚糖、纤维素、氢氧化锂、氢氧化钠、尿素和水，将上述组分混合,经溶胀、冷冻、解冻、过滤、离心、脱泡,得到透明壳聚糖/纤维素碱性体系溶液；将壳聚糖/纤维素碱性体系溶液注入成膜模具，浸浴在凝固浴中，形成壳聚糖/纤维素水凝胶膜。但制备过程中所用的原料氢氧化锂若使用不当，可能会对环境造成二次污染，且其制备过程较为复杂，成本较高。中国专利申请号CN201910331217.3，本专利技术公开了一种半纤维素基水凝胶及其制备方法和应用。用烯丙基缩水甘油醚、丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯对粘胶纤维废液接枝改性；然后在过硫酸铵和N,N,N’,N’-四甲基乙二胺的作用下产生自由基,并与丙烯酸接枝共聚；加入交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺搅拌反应得到初级水凝胶产物，经过碱处理和干燥后获得半纤维素基水凝胶。该方法经济效益良好，但制备过程较为复杂，过程包括接枝改性和接枝共聚，交联剂和引发剂对其吸附性能有较大影响。因此，研发一种所用原料对环境影响较小、制备过程简单、吸附吸能良好的羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶十分必要。
技术实现思路
根据现有技术存在的上述不足，本专利技术提供一种所用原料对环境影响较小、制备过程简单、吸附性能良好的羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：先将紫苏梗溶于NaOH溶液中，再将混合溶液置于乙醇中沉淀、提取半纤维素，并将半纤维素干燥完全；将半纤维素置于乙醇溶剂中，加入NaOH溶液与之反应；随后在加热条件下加入氯醋酸醚化，将产物洗涤、干燥即得到羧甲基半纤维素。然后将羧甲基半纤维素、壳聚糖分别置于去离子水中，快速搅拌至两者各自完全分散均匀，再将两者混合，在快速搅拌下缓慢滴加冰醋酸溶液，待混合溶液静置脱泡后，将其逐滴加入NaOH溶液中，即可得到羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶。具体包括以下步骤：1)将粉碎的紫苏梗溶于5%~10%的NaOH溶液中，并置于水浴锅中，在70℃~80℃下提取2h~3h，收集混合溶液。NaOH溶液浓度低于5%时，紫苏梗溶解较慢，且溶解不完全；而NaOH溶液浓度高于10%时，造成NaOH大幅过量，产生浪费。提取温度低于70℃时，紫苏梗提取效率过慢；而温度高于80℃时，紫苏梗提取效率未大幅提升，且能耗较大。提取时间少于2h时，紫苏梗未被完全提取；提取时间为3h时，紫苏梗基本被提取完全，超过3h不经济。2)将混合溶液置于7~8倍于其体积的乙醇溶剂中，沉淀、提取半纤维素，并将提取的半纤维素冷冻干燥完全，得到粉末状半纤维素。乙醇溶剂与混合溶液体积比小于7时，半纤维素提取不完全；而体积比大于8时，乙醇溶剂浪费较大，不经济。3)将半纤维素置于乙醇溶剂中，加入15%~20%的NaOH溶液，待其反应1h~1.5h后，再加入醚化剂氯醋酸于70℃~90℃下醚化2h~3h，将产物洗涤、干燥即得到羧甲基半纤维素。NaOH溶液浓度低于15%时，半纤维素碱化速度慢，且会造成后续羧甲基化效率低下；而NaOH溶液浓度高于10%时，造成NaOH大幅过量，pH过大，产生浪费。反应时间少于1h时，半纤维素碱化不完全；反应时间为1.5h时，半纤维素基本被碱化完全，超过1.5h时不经济。醚化温度低于70℃时，醚化反应进行不彻底或需要更长的反应时间；醚化温度高于90℃时，醚化效率未大幅提升，且能耗较大，不经济。4)将羧甲基半纤维素、壳聚糖分别置于去离子水中，快速搅拌至两者完全分散均匀，再将两者混合，在快速搅拌下缓慢滴加冰醋酸溶液，静置脱泡20min~30min后，将所得混合溶液逐滴加入10%~15%的NaOH溶液中，得到羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶。脱泡时间少于20min时，混合溶液脱泡不完全；脱泡时间为30min时，混合溶液基本脱泡完全。NaOH溶液浓度低于10%时，水凝胶成球速度较慢；而NaOH溶液浓度高于15%时，水凝胶成球速度无明显加快。3、根据权利要求2所述的羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤1）中的粉碎紫苏梗与NaOH溶液质量比为1:7~8。粉碎紫苏梗与NaOH溶液质量比大于1:7时，半纤维素无法完全溶解出来；若质量比小于1:8时，并未明显加大半纤维素在碱液中的溶解速度。4、根据权利要求2所述的羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤3）中半纤维素在无水乙醇中的浓度为30%~35%，NaOH溶液与半纤维素质量比为1:1~2，半纤维素与氯醋酸质量比为1:1~1.5。当半纤维素在无水乙醇中的浓度为30%~35%时，半纤维素在无水乙醇中分散均匀且不过量。NaOH与半纤维素质量比小于1:2时，由于副反应会消耗一定量碱产生氯酸钠且无法被碱液中和，羧甲基化的效率会降低；若质量比大于1:1时，副反应会消耗过剩碱液产生氯醋酸，羧甲基化效率同样也会降低。半纤维素与氯醋酸质量比小于1:1.5时，氯醋酸过量且醚化速率无大幅提升；质量比大于1:1时，半纤维素没有醚化完全，造成产率低下。5、根据权利要求2所述的羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法，其特征在于，步骤4）中羧甲基半纤维素在去离子水中的浓度为5%~10%，壳聚糖在去离子水中的浓度为5%~10%，羧甲基半纤维素与壳聚糖在两者混合溶液中的质量比为1:1~2，混合溶液与NaOH溶液的体积比为1:20~40。羧甲基半纤维素与壳聚糖在两者混合溶液中的最优质量比为1:1~2的原因是壳聚糖、羧甲基半纤维素过多，都导致两者交联效果变差。冰醋酸与羧甲基半纤维素、壳聚糖两者质量和之比为1:4~4.5最优，过高、过低质量比都会导致所产生的凝胶性能变差。混合溶液与NaOH溶液的体积比大于1:20时，对水凝胶成球产生负面影响；而体积比小于1:40时，NaOH溶液过量且没有明显加快水凝胶成球速度。与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术制备过程中未使用化学交联剂，所用原料对环境影响较小，制备方法简单，生产效率高，生产成本较低。2、本专利技术制备方法副反应少、易于控制，所得羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶稳定性较好，对重金属有很好的吸附效果。3、本专利技术制备的羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶，以天然大分子半纤维素和壳聚糖为原料，原料来源丰富且成本低廉，易降解。因此，羧甲基半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法，其特征在于，先将紫苏梗溶于NaOH溶液中，再将混合溶液置于乙醇中沉淀、提取半纤维素，并将半纤维素干燥完全；将半纤维素置于乙醇溶剂中，加入NaOH溶液与之反应；随后在加热条件下加入氯醋酸醚化，将产物洗涤、干燥即得到羧甲基半纤维素。然后将羧甲基半纤维素、壳聚糖分别置于去离子水中，快速搅拌至两者各自完全分散均匀，再将两者混合，在快速搅拌下缓慢滴加冰醋酸溶液，待混合溶液静置脱泡后，将其逐滴加入NaOH溶液中，即可得到羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法，其特征在于，先将紫苏梗溶于NaOH溶液中，再将混合溶液置于乙醇中沉淀、提取半纤维素，并将半纤维素干燥完全；将半纤维素置于乙醇溶剂中，加入NaOH溶液与之反应；随后在加热条件下加入氯醋酸醚化，将产物洗涤、干燥即得到羧甲基半纤维素。然后将羧甲基半纤维素、壳聚糖分别置于去离子水中，快速搅拌至两者各自完全分散均匀，再将两者混合，在快速搅拌下缓慢滴加冰醋酸溶液，待混合溶液静置脱泡后，将其逐滴加入NaOH溶液中，即可得到羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶。


2.根据权利要求1所述的羧甲基半纤维素/壳聚糖交联球状水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将粉碎的紫苏梗溶于5%~10%的NaOH溶液中，并置于水浴锅中，在70℃~80℃下提取2h~3h，收集混合溶液；
2)将混合溶液置于7~8倍于其体积的乙醇溶剂中，沉淀、提取半纤维素，并将提取的半纤维素冷冻干燥完全，得到粉末状半纤维素；
3)将半纤维素置于乙醇溶剂中，加入15%~20%的NaOH溶液，待其反应1h~1.5h后，再加入醚化剂氯醋酸于70℃~90℃下醚化2h~3h，将产物洗涤、干燥即得到羧...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏宇涵，吴昊，唐晓旻，黄廷，张世欣，谭雪梅，
申请(专利权)人：重庆工商大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50