[发明专利]一种菠萝皮渣羧甲基纤维素/聚乙烯醇/介孔二氧化硅复合水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种菠萝皮渣羧甲基纤维素/聚乙烯醇/介孔二氧化硅复合水凝胶及其制备方法与应用。本发明以菠萝皮渣为原材料，经过清洗、干燥、粉粹、漂白、碱液处理后得到菠萝皮渣纤维素，再进行活化，梯度醚化处理，过滤，洗涤，干燥，得到菠萝皮渣羧甲基纤维素；再将菠萝皮渣羧甲基纤维素、SBA‑15和聚乙烯醇在水中溶解成均匀溶液，冻融循环、干燥后得到复合水凝胶，并将其作为载体固定化木瓜蛋白酶。本发明所用的原料菠萝皮渣来源丰富，方便易得，经济性好。在对菠萝皮渣纤维素进行改性后制备水凝胶的工艺简单，反应时间短，聚乙烯醇和SBA‑15可提高该水凝胶的结构稳定性和亲水性，在生物药物和吸附材料领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于复合水凝胶的技术领域，具体涉及一种菠萝皮渣羧甲基纤维素/聚乙烯醇/介孔二氧化硅SBA-15复合水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

菠萝是仅次于香蕉和柑橘世界产量第三的水果，由于其独特的风味，深受大家的喜欢，菠萝是一种主要生长在中国、巴西、泰国和菲律宾等国的热带水果。菠萝主要是食用果肉，其果肉还可作为食物甜点，沙拉，水果鸡尾酒，果酱，果汁组合的补充或用于食品加工业，不过，它的大规模培育和食品制造工业由于大量的剥皮而恶化废物，这不仅造成资源的浪费，也对环境和生态系统有潜在的风险污染，因此如何变废为宝，将菠萝皮渣进行加工利用，促进菠萝产业的高效发展和环境保护具有重要意义。

纤维素作为一种天然的水凝胶制备原料，相比其它合成聚合物具有更好的生物相容性、可降解性及无毒性。然而，由于在大多数溶剂中的不溶性，纤维素通常通过醚化转化为可用的衍生物。在各种纤维素衍生物中，羧甲基纤维素(CMC)具有良好的水溶性，生物相容性和生物降解性。

聚乙烯醇是由聚乙酸乙烯酯的水解合成的半结晶聚合物，具有无毒性，高亲水性，生物相容性和生物降解性的特点，聚乙烯醇的水凝胶可以通过重复的冻融循环制备，形成聚合物网络结构，其中聚乙烯醇微晶提供物理交联位点。除了无毒性，该方法比其他方法更有助于形成多孔，海绵状，橡胶状和更高弹性的聚乙烯醇基水凝胶。介孔二氧化硅SBA-15是一种新型的纳米结构材料，有较大的表面积，高孔体积，良好有序和可调节的孔结构和丰富的表面硅烷醇基团。

水凝胶是一类具有高亲水性且不溶于水的高分子聚合物，具有保持大量水分的特性，空间上呈三维网络，水凝胶具有很好的物理化学特性，不仅如此其在生物性质方面也具有很好的特性，具有很好的生物相容性，目前已经应用于一些药物，除此之外，水凝胶还在生物材料和污水处理方面有一定的应用。

因此，研究以菠萝皮渣羧甲基纤维素，聚乙烯醇和介孔二氧化硅SBA-15复配制备得到复合水凝胶具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种菠萝皮渣羧甲基纤维素/聚乙烯醇/介孔二氧化硅复合水凝胶及其制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的复合水凝胶应用于生物医药和酶固定化中——作为生物载体应用在包埋木瓜蛋白酶。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种菠萝皮渣羧甲基纤维素/聚乙烯醇/介孔二氧化硅复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)菠萝皮渣纤维素的制备：将新鲜菠萝皮渣清洗后切块打浆、过滤、干燥、粉碎、过筛，得到菠萝皮渣干粉，取菠萝皮渣干粉与蒸馏水混合，水浴加热后过滤收集滤渣进行漂白处理，然后过滤、洗涤、干燥得到菠萝皮渣纤维素粗品，再经过碱液处理、过滤、洗涤、干燥、筛分，得到菠萝皮渣纤维素(Pineapple peel cellulose,PPC)；

(2)菠萝皮渣羧甲基纤维素的制备：将步骤(1)制备的菠萝皮渣纤维素放在混合溶液中进行碱化处理，得活化后的菠萝皮渣纤维素，再进行梯度升温醚化处理，醚化处理后，调节pH至中性，过滤，洗涤，干燥，得到菠萝皮渣羧甲基纤维素(Pineapple peelcarboxymethyl cellulose,PCMC)；