[发明专利]一种聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠的制备方法。以聚乙烯醇与壳聚糖为原料，以NaOH为物理交联剂，以饱和硼酸和CaCl₂为化学交联剂，通过物理和化学交替交联，使聚乙烯醇与壳聚糖分子通过物理氢键和化学酯键双重键合结构，缠结形成稳定的直径约3mm的凝胶珠。首先，采用NaOH通过物理交联强化聚乙烯醇与壳聚糖分子间的氢键，使凝胶由内而外形成均匀的孔隙结构；然后，通过硼酸和CaCl₂的化学交联，形成聚乙烯醇和壳聚糖之间酯键键合，提高凝胶的强度和弹性。本发明克服了一步物理交联获得凝胶珠易于溶出和破损的缺陷，避免了一步化学交联导致的凝胶珠易于相互粘连，及表面形成致密壳层现象的发生。

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体涉及一种聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠的制备方法。

背景技术

凝胶珠是一种生物亲和性高的新型高分子材料，能够作为生物载体用于优质颗粒污泥的培养，从而能促进废水生物处理反应器的快速启动和高负荷稳定运行。

聚乙烯醇凝胶颗粒是一种应用广泛的新型有机高分子材料，具有机械强度高、化学稳定、抗微生物分解、无毒、价格低廉等优点。聚乙烯醇凝胶颗粒制备方法有物理交联法和化学交联法。物理交联常采用冻融循环法，是指利用聚乙烯醇分子内氢键、微晶区以及大分子链间的缠结交联，及通过疏水作用形成三维网络的过程，物理交联的结合较弱，致使凝胶颗粒在生物反应器中抗水力剪切能力弱，易发生膨胀破裂。化学交联法是指聚乙烯醇在化学交联剂中，通过化学键使高聚合物分子链结合，形成三维网状结构，进而形成凝胶珠的过程。化学交联法使高聚合物分子间的结合能力更强，交联得到的凝胶珠稳定性好，抗水力剪切能力强，也称为永久性交联。当前普遍采用的交联剂是饱和硼酸和CaCl₂溶液，虽然该化学交联剂能有效的使聚合物交联，但单纯的化学交联有一些弊端：首先，该交联方式往往使载体形成致密无孔的表面壳层结构，阻碍了外界营养物质的渗入和微生物与反应底物的有效接触，致使凝胶内部形成死区，微生物代谢活性下降和丧失。并且微生物代谢产生的气体若无畅通的出路，则容易使该材料发生膨胀破裂。其次，交联之后的聚乙烯醇基凝胶颗粒水溶膨胀性高，容易发生彼此粘连，致使该凝胶材料难以存储。最后，交联之后的聚乙烯醇凝胶颗粒遇水形成无规则状的水凝胶，使其在生物废水处理方面的应用受限。

发明内容

本发明在于克服以上不足，采用物理交联和化学交联交替进行的方法，提供一种聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠的制备方法，凝胶珠孔隙结构均匀，不易膨胀破裂，易于存储，机械性能和化学性能更稳定，生物相容性良好。具体内容如下：

一种聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠的制备方法，按照如下步骤进行：

(1)以聚乙烯醇和壳聚糖为原料，聚乙烯醇在水浴条件下溶解于水中，CS在醋酸中溶解；

(2)将上述两种溶液混合，然后机械搅拌形成均质凝胶，超声去气泡；

(3)在去离子水中加入NaOH，搅拌均匀作为物理交联剂待用；在饱和硼酸溶液中加入CaCl₂搅拌均匀作为化学交联剂。

(4)将上述均质凝胶通过注射器滴入处于机械搅拌的物理交联剂中进行交联，形成乳白色，直径为～3mm的凝胶珠，该凝胶珠浸泡在物理交联剂中固化至发生沉降；

(5)将固化完成后的凝胶珠用去离子水洗涤数次，至洗涤液PH值为中性；最终获得物理交联后的凝胶珠。

(6)将物理交联后的聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠转移至化学交联剂中继续交联，形成有弹性，乳白色，直径～3mm的聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠。将该聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠浸泡在化学交联剂中固化；

(7)将固化完成后的凝胶珠用去离子水洗涤数次，最终获得交联完成的聚乙烯醇/壳聚糖凝胶珠，保存在蒸馏水中。