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一种柠檬酸改性环糊精交联壳聚糖多孔吸附材料及其制备和应用的制作方法

作者:NG体育 发布时间:2024-06-07 09:13:36 次浏览

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壳聚糖是自然界中唯一的氨基弱碱性多糖,广泛存在于海洋蟹壳和菌类细胞壁等。壳聚糖具有优异的生物相容性、生物可降解性和生物活性,广泛应用在药物释放载体、组织工程支架、可降解骨植入材料和组织修复敷料等领域,因此对壳聚糖材料的进一步开发和应用有着十分重要的意义。壳聚糖分子链上富含羟基,氨基可与活性染料以氢键、范德华力以及离子键结合,具有很强的吸附能力。但是在弱酸性条件下,壳聚糖材料由于氨基质子化会导致强度急剧下降甚至溶解。本发明旨在制备绿色环保的交联壳聚糖,克服壳聚糖易溶于酸性水溶液而不利于循环使用的弱点。
β-环糊精是环糊精的一种,由芽抱杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用于淀粉而生成的一类由7个d-吡喃葡萄糖通过a-1,4糖苷键连接而成的环状低聚糖。由于β-环糊精不具有还原性末端,第一个糖苷键的水解速度即环状结构开裂的速度相比于线性糖苷键是比较缓慢的,这也从一定程度上增加了交联剂的耐酸性。
柠檬酸从结构上讲是一种三羧酸类化合物,广泛分布于自然界中,价格低廉,容易获得。柠檬酸的羧基可与环糊精上c6-oh成酯键,也可以与壳聚糖上的-nh2成酰胺键,在天然交联剂的领域发挥着重要的作用。
目前研究者多采用化学交联或者物理交联来改善壳聚糖材料的机械强度和耐酸性。化学交联多采用交联剂如戊二醛、环氧氯丙烷、环硫氯丙烷、二异氰酸酯、氰尿酰氯氰乙二醇双环氧丙基醚等,这些交联剂毒性强且大多较难降解。物理交联如氢键等分子间作用力,但是纯物理交联在酸和水存在的环境下,材料依旧力学性能很差。因此设计寻找一种绿色可降解,对人体和环境无毒无害、且能有效的改善壳聚糖酸溶性的交联剂迫在眉睫。
俞丹等人(印染,2013)以壳聚糖、β-环糊精、柠檬酸、聚乙二醇和硅烷偶联剂为原料。形成以壳聚糖为骨架,硅烷偶联剂-改性环糊精-硅烷偶联剂为交联剂,的一种多孔吸附膜。专利cn104549176a在上述研究的基础上,向体系内添加一定量的纳米二氧化钛,利用纳米二氧化钛光催化的效果,降解如甲基橙等有机染料,上述发明所涉及到的均为膜技术领域。由于上述发明在体系内添加如硅烷偶联剂,纳米二氧化钛,聚乙二醇对吸附量无明显贡献的原料,导致它们饱和吸附量较低,均在10mg/g左右。使用的硅烷偶联剂有毒,易水解且水解产物易燃易爆。
专利cn104530437a公布了一种具有水体污染物分离性能的环糊精接枝壳聚糖聚合物的制备方法。先将环糊精进行醛基化改性,再将醛基化环糊精与壳聚糖发生反应生成席夫碱。而本发明采用edc/nhs催化体系,让羧基和氨基在非常温和的条件下反应生成酰胺。用柠檬酸改性环糊精,引入了羧基基团,使得产物保水性增加。
目前已有很多研究者致力于吸附材料的研究。mohammadh等人(industrial&engineeringchemistryresearch,2016)用ca2+处理戊二醛与环氧氯丙烷交联的壳聚糖珠状材料,对水中硝基苯酚磷酸钠(pnpp)的饱和吸附量达240mg/g。hosseinzadehh等人(desalin.watertreat.2016(57)6372-6383)制备了聚丙烯酰胺/蒙脱土纳米复合水凝胶,用于对水体中阳离子染料的去除,研究表明这种水凝胶饱和吸附量为215mg/g。ngwabebhoh,a,f等人(appl.polym.sci.2016(133)43664)用壳聚糖/蒙脱土制备一种复合水凝胶吸附材料,对水中硝嗪黄吸附量为144.4mg/g。mohammadn等人(celluse,2015(22)3725-3738)制备了一种纤维素与海藻酸钠复合珠状吸附材料,对水中亚甲基蓝的饱和吸附量可达到256.4mg/g。mandal,b等人(polym,2013(98)257-269)用聚丙烯酸羟乙酯和海藻酸钠制备一种互穿网络的水凝胶吸附材料,其分别对刚果红和甲基蓝的饱和吸附为172mg/g和120mg/g。上述均存在吸附量小的缺陷,而本发明所制备的多孔吸附材料饱和吸附量均大于以上所述。专利cn103992501公示了一种柠檬酸接枝壳聚糖水凝胶的制备方法,将柠檬酸与壳聚糖的乙醇悬浮液反应,为液-固非均相反应,反应局限在壳聚糖固体表面,接枝率不高。
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