[发明专利]一种纤维素基-硅杂化微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素材料类吸附剂，具体来说涉及一种纤维素基-硅杂化微球及其制备方法，属于高分子化学领域。

背景技术

纤维素是地球上最常见的有机化合物，它来源广泛，所有植物物质均含有约33％的纤维素，其中棉花的纤维素含量为90％，木材的纤维素含量为50％。植物每年通过光合作用产生亿万吨纤维素。因此，纤维素具有天然、价廉、可降解、环境友好和不产生污染的优点。

纤维素是多糖领域内最均一和最简单的聚合物之一，它是由D-脱水吡喃葡萄糖苷(AGU)组成，是一种线型间规均聚物，彼此以(1-4)糖苷键连接而成。每个AGU单元拥有的羟基分别在C2、C3、和C6位置，能够进行典型的伯醇和仲醇反应，可经过一系列的化学改性，制备具有不同用途的高分子材料。同时，纤维素的多羟基之间能够形成分子间和分子内氢键，使纤维素分子具有较好的空间网络结构。因此，纤维素材料是目前应用广泛的吸附剂和离子交换剂。但是，目前商品化的纤维素产品主要是以纤维素铜氨溶液、纤维素镉乙二胺溶液、纤维素酒石酸铁溶液、纤维素NMMO溶液或黏胶液为溶剂制备。这些溶剂都是有毒有害或者易燃易爆，生产过程中产生大量的废水、废气、废料，对环境造成很大的污染，所得产品大多为粉末状或颗粒状，吸附量低，耐压性能差，这些缺点极大限制了其应用范围。而纤维素基-无机载体的制备主要有两种方法，一种是将无机纳米或微米粒子分散于纤维素溶液中制备，又或者将纤维素载体浸泡于无机杂化材料溶液中，利用纤维素载体的吸附性能制备。这两种方法制备的纤维素基-无机载体材料由于是在异相条件下进行，容易造成纤维素和复合材料的分布不均和相分离。这对材料的性能和应用造成了较大的限制。

中国专利文献公开了一种“表面硅烷化再生纤维素微球填料及其制备方法和用途”(CN1598570)，它由纤维素、魔芋葡甘聚糖和硅烷组成。主要应用在水、碱水或有机溶剂体系中分离、分级或纯化高分子物质。但是吸附能力还有待提高，应用范围较小。

发明内容

本发明的目的是提供一种比表面积大、吸附能力强的纤维素基-硅杂化微球。

本发明的目的是这样实现的：一种纤维素基-硅杂化微球，所述杂化纤维素微球以纤维素为基材，以硅酸钠为杂化材料，以碱和尿素或者碱和硫脲的水溶液为溶剂，制备纤维素-硅酸钠的均相溶液，然后运用酸固化和热固化结合的方法，实现溶胶相到凝胶相的转变，制备纤维素基-硅杂化微球；上述纤维素基-硅杂化微球粒径为1～1000um，比表面积为100～800m²/g，孔径为200～1000nm。所述酸固化和热固化结合的方法是将纤维素-硅酸钠均相溶液分散于含有乳化剂或复合乳化剂的有机溶剂中，恒速搅拌至滴液分散均匀后，在常温下搅拌1～8h成形，加入稀酸至溶液体系为酸性(pH＜5)，然后加热40～80℃保持1～5h。

本发明的又一目的是提供上述纤维素基-硅杂化微球的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：提供上述纤维素基-硅杂化微球的制备方法，包括以下步骤：

1)向5～10Wt％碱和8～16Wt％尿素水溶液，或5～10Wt％碱和8～16Wt％硫脲水溶液中加入硅杂化材料硅酸钠，溶解后冷冻至-12℃～-5℃，然后加入纤维素，搅拌溶解纤维素后，离心脱泡和除杂，得到杂化纤维素均相溶液；

2)将纤维素-硅酸钠均相溶液分散于含有乳化剂或复合乳化剂的有机溶剂中，恒速搅拌至滴液分散均匀后，在常温下搅拌1～8h成形，加入稀酸至溶液体系为酸性(pH＜5)，然后加热40～80℃保持1～5h，使纤维素-硅杂化材料固化再生成微球，待溶液体系冷却至室温后静置分层，倒出上层溶液，过滤干燥后，即得到纤维素基-硅杂化微球。

上述有机溶剂为石油醚，正己烷，或液体石蜡，或者它们中的两种或两种以上的混合有机溶剂，有机溶剂体积为纤维素-硅酸钠均相溶液的3～10倍。

上述乳化剂为斯潘系列乳化剂，如斯潘60，斯潘85，或者吐温系列乳化剂，如吐温80，吐温85，或者它们中的两种或者两种以上组成的混合乳化剂。

上述步骤2)中纤维素基-硅杂化微球的固化条件为酸固化和热固化同时进行。

上述步骤2)中恒速搅拌速度为200～1500r/min；将得到的纤维素基-硅杂化微球用水或者乙醇洗涤，得到纯净的纤维素基-硅杂化微球，冷冻干燥或者烘干后得到纤维素基-硅杂化颗粒。

所述纤维素基-硅杂化微球，应用于蛋白质、酶、核酸、多糖等生物大分子的分离和纯化，以及水、油、重金属离子、染料和香精香料的吸附和释放。