[发明专利]一种壳聚糖/有机蒙脱土纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新工艺、新材料技术领域，涉及一种利用浸渍蒸发相结合的方法制备壳聚糖/有机蒙脱土纳米复合材料。

背景技术

壳聚糖是甲壳素脱乙酰化后制得的一种天然高分子多糖，无生物毒性和可降解性，是一种优良的吸附剂，主要用来吸附重金属、过渡金属、染料等，主要机理在于其分子结构中有能够和这些物质反应结合的-NH₃⁺和-OH。此外，壳聚糖还具有良好的絮凝、络合、成膜等性能，被广泛应用于食品、环保、中药提纯、造纸等领域。另还有关于壳聚糖做抗菌剂、抑制亚硝酸盐生成的研究。但由于壳聚糖本身的物理性质(如密度小、抗酸性差等)的限制，使得壳聚糖在作为吸附剂使用过程中存在容易流失、利用率低等缺点，通过插层的方法将壳聚糖负载在具有层状结构的无机粘土类材料中可以克服这些缺点，层状结构的无机材料称为插层主体，壳聚糖称为插层客体，由于插层主体层间距离是纳米级，因此插层客体在插层主体层间也以纳米级存在，所制的的材料称为纳米复合材料。蒙脱土是一种常见的具有层状结构的无机物粘土材料，主要成分是蒙脱石，天然的蒙脱土具有较大的比表面积和离子交换容量，在环保领域常用来做吸附剂，此外在建筑、化学化工、医药等领域也有广泛应用。有人以蒙脱土作为插层主体，壳聚糖作为插层客体制备了壳聚糖/蒙脱土纳米复合材料，并对其进行了表征。目前壳聚糖/蒙脱土纳米复合材料有一定范围的应用，主要用于吸附重金属、吸附染料、抗菌剂等方面。但都是直接利用天然的蒙脱土或钠基化后的蒙脱土作为负载材料，使得材料制备及使用中存在一些缺点，如制备过程中插层反应时间过长，主要原因在于天然蒙脱土和钠基化后的蒙脱土的层状晶体结构的层间距离较小，插层客体难以插层进去，此外，还由于蒙脱土的亲水性，壳聚糖/蒙脱土纳米复合材料作为吸附剂使用后和溶液也难以分离，使得该材料难以回收，存在二次污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了提高壳聚糖利用率、降低插层反应时间，且作为吸附剂使用后材料易于回收，无二次污染。首先将蒙脱土有机化，然后再将其和壳聚糖进行插层反应，在原位浸渍法的基础上结合蒸发，提供了一种反应条件温和，壳聚糖利用率高，无二次污染的新工艺，制备出了壳聚糖/有机蒙脱土纳米复合材料。

本发明的技术方案是：将有机蒙脱土加入到壳聚糖溶液中，50℃～60℃下搅拌反应10h～16h，所得溶液在80℃～95℃水浴条件下加热蒸发至无明显液体，使得HAc缓慢挥发出去，壳聚糖随着HAc量的减少而析出，冷却后加入去离子水分散、过滤、洗涤至中性，以溶去固体中存在的可溶性盐类，剩余固体80℃～95℃下干燥，研磨过筛，从而得到壳聚糖/有机蒙脱土纳米复合材料。

本发明中有机蒙脱土和壳聚糖质量比为1∶20～1∶5，壳聚糖使用前溶于醋酸溶液，使其质量浓度为0.05％～0.4％，再用碱调节pH为4.5～5.5，目的是为了保证大部分壳聚糖被质子化，且反应溶液pH不至于太低，以免H+影响插层反应的效果。

本发明中使用前蒙脱土要进行纯化，其方法为将蒙脱土用水配制成胶体溶液，充分搅拌，静置，倒出上层胶体溶液，弃去底部沙子，再加水重复上述操作，至胶体溶液底部无沙子出现为止。将弃沙后的胶体溶液在80℃～100℃蒸干，研磨过筛，得到纯化蒙脱土。

本发明中还需对纯化后的蒙脱土进行有机化处理。将纯化蒙脱土和十六烷基三甲基溴化铵分别配制成质量浓度为5％～8％和2％～5％水溶液，按照水溶液中所含两种溶质质量比为10∶3～10∶2将两溶液均匀混合，50℃～70℃下搅拌反应2h～4h，过滤，将所得固体洗涤至无Br-，80℃～85℃干燥，研磨过筛，得到有机蒙脱土，有机化后蒙脱土层间距离显著变大，使得插层反应更容易进行，降低反应时间。

本发明中所用壳聚糖脱乙酰度65％～95％。蒙脱土为钠基蒙脱土，阳离子交换容量80mmol/100g～120mmol/100g。

本发明的效果和益处是：

(1)提高了壳聚糖的利用率

壳聚糖由于本身物理性质(如密度小、抗酸性差等)的限制，在作为吸附剂时不能很好的和溶液中的吸附目标物接触，使用后难以回收，这就使得其利用率较低，以有机蒙脱土为载体制备出来的壳聚糖/有机蒙脱土纳米复合材料能很好的解决这个问题，该材料密度比水大，在搅拌条件下能够和溶液中的吸附目标物很好的接触，停止搅拌后就能快速沉淀实现固液的分离。

(2)拓展了蒙脱土应用领域，提高了其经济效益