[发明专利]一种氧化石墨烯/壳寡糖复合交联凝胶

说明书

本发明涉及一种氧化石墨烯/壳寡糖复合交联凝胶。采用水溶性好的壳寡糖作为原料，利用双伯胺使其与氧化石墨烯进行交联。利用氧化石墨烯的片层结构，有效地扩大凝胶的比表面积。本发明反应条件温和，工艺简单，在重金属离子吸附方面具有优越的性能。

技术领域

本发明属于天然高分子改性领域，具体涉及一种氧化石墨烯/壳寡糖复合交联凝胶。

背景技术

氧化石墨烯（Graphene Oxide）一般由石墨经强酸氧化而得。经过氧化处理后，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。氧化石墨烯具有很大的比表面积，理论比表面积达到了2630m²/g。

作为生物质材料的代表，壳聚糖已经被广泛运用于医药卫生、环境保护、食品工业、轻纺化工和农业等诸多领域之中。壳寡糖是由壳聚糖通过物理、化学或者生物方法进行降解所得到的低分子量壳聚糖。与壳聚糖相比，壳寡糖具有更加优异的溶解性和生物活性。由于壳聚糖水溶性差，改性困难，且得到高分子多为粉末状，因而利用水溶性好的壳寡糖进行三维交联高分子的合成具有重要意义。壳寡糖的分子链上分布着大量游离的氨基和羟基，两者都是比较活泼的反应基团，可以发生O-酰化、N-酰化、醚化、N-烷基化、接枝共聚以及交联等反应。因此，可以利用壳寡糖的这些化学性质对其进行改性，在大分子链上引入各种不同的基团，达到改善其理化性质和赋予其更多的特点与功能的效果，从而将壳寡糖应用于不同的领域之中。

发明内容

本发明的目的在于用具有片层结构的氧化石墨烯和水溶性好的壳寡糖作为原料，通过引入具有活性基团的双伯胺，经交联反应得到比表面积大，性能优异的三维凝胶结构。

氧化石墨烯/壳寡糖复合交联凝胶，其中壳寡糖的分子量为500-5000Da，双伯胺具有如下结构：

式1

其中，m为0-100的整数，n为0-100的整数，m，n不同时为0。X，Y相同或者不同，代表-CH2-、-NH-、-O-、-S-、-CO-、-CH（R1）中的一个或多个以任意顺序连接组成的单元；R1代表氨基、羟基、巯基、羧基、醛基、甲氧基、硝基、卤原子、非取代的或被一个或多个氨基、羟基、巯基、羧基、醛基、甲氧基、硝基、卤原子取代的C1-C50的烷基。

本发明涉及的氧化石墨烯/壳寡糖复合交联凝胶，其制备方法为：

（1）将壳寡糖溶解于水中，加入环氧氯丙烷，恒温搅拌，反应结束后用有机溶剂进行萃取，合成溶液1。其中环氧氯丙烷与壳寡糖中氨基的摩尔比为（0.4-3）:1，反应温度为0-100℃，反应时间为0.1-48h。

（2）用有机溶剂萃取，取水相。其中有机溶剂为醚类、酯类、苯类、含氯溶剂，优选为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、乙醚、乙酸乙酯、三氯乙烯中的任意一种。

（3）将氧化石墨烯分散于水中，所得分散液滴入双伯胺中，加入缩合剂，恒温搅拌，合成溶液2。其中缩合剂为N, N'-二异丙基碳二亚胺双伯胺（DIC）、1-羟基苯并三唑（HOBT）、4-二甲氨基吡啶（DMAP）、碳化二亚胺（EDCI）、2-(7-氧化苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸盐（HATU）、二环己基碳二亚胺（DCC）/ N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐（EDC）/ N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）中的任意一种或多种。

（4）将溶液1与溶液2混合均匀，恒温搅拌。双伯胺与壳寡糖中氨基的摩尔比为（0.4-2）：2，氧化石墨烯与壳寡糖的质量比为（0.01-20）：1000，反应温度为0-100℃，反应时间为1天-7天。

相比于现有技术，本发明的技术方案的优点在于：

（1）该氧化石墨烯/壳寡糖复合交联凝胶，合成方法简便，条件易于控制。