[发明专利]一种氧化石墨烯-壳聚糖复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纺织领域，特别涉及一种氧化石墨烯-壳聚糖复合材料的制备方法。

背景技术

2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，利用撕透明胶带的方法，成功地从石墨中分离出单层原子排列的石墨烯，两人也因此获得2010年的诺贝尔物理学奖（Science,2004,306(5696):666-669）。石墨烯由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型蜂巢晶格，其结构单元为碳六元环，它是一种只有单层碳原子厚度的二维材料。石墨烯是构成碳基材料的基本机构单元。它可以包裹形成零维Fullerenes，卷成一维carbonnanotube，层层堆积成三维graphite。从石墨烯发现的那一天起，石墨烯就已经成为研究的热点和焦点，在超级电容器、透明电极、海水淡化、发光二极管、传感器、储氢、太阳能电池、催化剂载体、复合材料、生物支架材料、生物成像、药物输送、纺织、印染等领域有广泛的应用。

氧化石墨烯是石墨烯的派生物，与石墨烯的结构大体相同，只是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连接有大量含氧基团，平面上含有-OH和C-O-C，而在其片层边缘含有C=O和COOH。与石墨烯相比，氧化石墨烯具有良好的润湿性能和表面活性，而且能被小分子或者聚合物插层后剥离，在改善材料的热学、电学、力学等综合性能方面发挥着非常重要的作用。

壳聚糖(Chitosan)是甲壳素(chitin)脱去部分乙酰基后的产物，是一种常见的天然高分子，也是一种氨基葡糖与N-乙酰葡糖胺的共聚物。壳聚糖分子中含有大量的氨基和羟基，因此其化学性质很活泼，可进行酰化、羧基化、醚化、烷基化、酯化和卤化等多种化学反应，据此可制备出多种壳聚糖衍生物，从而赋予其更多的特殊功能。壳聚糖具有良好的生物相容性、可降解性以及抗菌、止血和促进伤口愈合等功能，并具有良好的成膜性、吸附性、透气性和渗透性。壳聚糖的这些优良性能，使其在水处理和造纸、食品保鲜膜、硬组织修复、药物缓释和生物诊断检测材料等众多方面得到了广泛的应用。

高碘酸盐是目前唯一用于选择性氧化多糖仲羟基的氧化体系，它可选择性地断裂糖分子中糖残基的连二羟基或连三羟基。壳聚糖糖残基的C₂位置虽是氨基，其性质与羟基类似，可认为相当于连二羟基结构，高碘酸钠能够对其进行氧化作用，生成双醛壳聚糖。

壳聚糖的分子结构具有氨基，可以与氧化石墨烯上的羧基发生酰胺化反应形成-NHCO-键，使壳聚糖和氧化石墨烯紧密地连在一起形成复合材料，表现出一些特殊的性质。而双醛壳聚糖由于高碘酸钠的氧化作用，失去了C₂位的氨基，因而无法与常规的氧化石墨烯形成交联反应。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，旨在提供一种氧化石墨烯-壳聚糖复合材料的制备方法。

本发明通过下述技术方案予以实现：

将壳聚糖溶解于3%的乙酸溶液，浴比1:50，超声1-12h，随后加入2-10g/L的高碘酸钠，在40-80℃下避光反应10-60min，用去离子水反复清洗，离心，烘干，得到双醛壳聚糖；按照1:1的体积比，将0.01-10g/L的双醛壳聚糖溶液，与0.01-10g/L的氨基化氧化石墨烯溶液混合，在20℃-80℃的温度条件下匀速搅拌1-10h，用去离子水反复清洗、离心、烘干，得到氧化石墨烯-壳聚糖复合材料的制备方法。其中所述氨基化氧化石墨烯采用乙二胺、二乙烯基三胺、三乙烯基四胺、四乙烯基五胺、五乙烯基六胺中的一种或多种改性氧化石墨烯得到。

本发明具有如下有益效果：

采用高碘酸钠将壳聚糖的糖残基C₂和C₃位氧化为具有还原性的醛基，与氨基化氧化石墨烯表面的氨基发生交联化学反应，生成结构稳定的氧化石墨烯-壳聚糖复合材料，有望在污水处理、生物医用材料等领域得到应用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例1：

将壳聚糖溶解于3%的乙酸溶液，浴比1:50，超声1h，随后加入2g/L的高碘酸钠，在40℃下避光反应60min，用去离子水反复清洗，离心，烘干，得到双醛壳聚糖；按照1:1的体积比，将1g/L的双醛壳聚糖溶液，与1g/L的氨基化氧化石墨烯溶液混合，在20℃的温度条件下匀速搅拌10h，用去离子水反复清洗、离心、烘干，得到氧化石墨烯-壳聚糖复合材料的制备方法。其中所述氨基化氧化石墨烯采用二乙烯基三胺改性氧化石墨烯得到。

实施例2：