[发明专利]一种甲壳素或其脱乙酰衍生物的纳米纤维悬浮液及其制备方法与应用

说明书

技术领域

    本发明涉及一种甲壳素或其脱乙酰衍生物的纳米纤维悬浮液及其制备方法与应用。

背景技术

甲壳素存在于自然界中的低等植物菌类、藻类的细胞，甲壳动物虾、蟹、昆虫的外壳，高等植物的细胞壁等，它是地球上数量最大的含氮有机化合物，自然界每年生物合成的甲壳素大约为10亿吨。专利CN 101864082 A指出，甲壳素具有良好的生物相容性，可降解性，因此是制备医用材料的良好候选者。

    近年来, 各种工业废液和固体废弃物的浸出液直接排入水体, 其中有毒重金属元素的含量越来越多, 严重危害着包括人类在内的各种生命体的健康与生存。重金属元素一旦进入人体后会造成积累性、永久性伤害。重金属污水处理中吸附的效果通常依附于吸附材料的使用，因此需要选取一种可再生，来源丰富，制备成本低，价格便宜，无毒，易生物降解，不造成二次污染的吸附材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种无污染，且吸附能力较强的重金属吸附材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种甲壳素或其脱乙酰衍生物的纳米纤维悬浮液，所述纳米纤维悬浮液以甲壳素或其脱乙酰衍生物壳聚糖为原料制备；所述纳米纤维悬浮液通过以下步骤制备：

（1）原料浸泡：取原料，加入去离子水中，浸泡2-36小时；所述甲壳素或其脱乙酰衍生物在去离子水中的质量百分浓度为0.1-15%；

（2）机械破碎：取浸泡后的原料进行机械破碎，制备得到原料浆液；所述机械破碎包括湿磨破碎、球磨破碎或超声破碎；

（3）均质化：将原料浆液加入去离子水，原料质量百分浓度为0.1-5%，进行均质化，即得所述纳米纤维悬浮液。

其中纳米纤维悬浮液中甲壳素纳米纤维或脱乙酰衍生物纳米纤维优选呈交联的网状结构；步骤（1）中原料在去离子水中的浸泡时间为20-36小时；所述步骤（2）中机械破碎采用湿磨机或球磨机碾磨5-15次，每次4-10分钟；所述步骤（3）中均质化10-20次。

其中，甲壳素的乙酰度为90-96%；甲壳素衍生物的脱乙酰度为70-92%，平均分子量为160000-165000。

本发明还提供了上述甲壳素纳米纤维或其脱乙酰衍生物的纳米纤维悬浮液的制备方法，包括以下步骤：

（1）原料浸泡：取原料，加入去离子水中，浸泡2-36小时；所述甲壳素或脱乙酰衍生物在去离子水中的质量百分浓度为0.1-15%；

（2）机械破碎：取浸泡后的原料进行机械破碎，制备得到原料浆液；所述机械破碎包括湿磨破碎、球磨破碎或超声破碎；所述湿磨破碎采用齿轮间距为0.5-20μm的湿磨机，碾磨1-20次，每次1-10分钟；所述球磨破碎采用球磨机，碾磨1-15次，每次1-10分钟；所述超声破碎采用冰浴条件，超声1-20次，每次1-10分钟；

（3）均质化：将原料浆液加入去离子水，原料质量百分浓度为0.1-5%，进行均质化，即得所述纳米纤维悬浮液。所述均质化采用微射流高压均质化器，在100-300MPa下以60-250ml/min的速率通过1-20次。

具体步骤包括：

（1）分别向甲壳素和脱乙酰衍生物原料中加入去离子水（配制浓度0.1-15%），搅拌1-10min，置于室温下浸泡2-36小时（优选20-36小时）。

（2）浸泡后的原料进行机械破碎，方法包括湿磨破碎法、球磨破碎法、超声破碎法（优选湿磨破碎法或球磨破碎法）：a、湿磨破碎法：浸泡后的甲壳素或脱乙酰衍生物原料倒入湿磨机内碾磨1-20次（齿轮间距0.5-20μm），每次1-10分钟（优选碾磨5-15次，每次4-10分钟）；b、球磨破碎法：浸泡后的甲壳素或脱乙酰衍生物原料倒入球磨机内碾磨1-15次，每次1-10分钟（优选碾磨5-15次，每次4-10分钟）；c、超声破碎法：浸泡后的甲壳素和脱乙酰衍生物原料于冰浴条件下超声1-20次，每次1-10分钟。

（3）机械破碎后的甲壳素和脱乙酰衍生物浆液加入去离子水（配制浓度0.1-5%），在100-300MPa下以60-250ml/min的速率通过微射流高压均质化器1-20次（优选10-20次）。

本发明还提供了一种甲壳素纳米纤维或其脱乙酰衍生物的纳米纤维，采用上述甲壳素或其脱乙酰衍生物的纳米纤维悬浮液冻干制备。具体步骤为：均质后的甲壳素或壳聚糖纳米纤维浆液于-10-50℃的冰箱中冷冻10-30小时后，在冷冻干燥机中冻干即得。该制备的纳米纤维可加入去离子水后，冰浴条件下超声制备纳米纤维悬浮液。