[发明专利]用于重金属废水处理的壳聚糖微球微流控一步合成法

说明书

技术领域

本发明属于微流控制造颗粒领域，涉及一种用于重金属废水处理的壳聚糖微球微流控一步合成法。

背景技术

微流控技术发展至今已有近二十年的时间了，从基于微机电加工系统的单纯化学分析手段，到本世纪初Whitesides和Quake分别设计出的PDMS(聚二甲基硅氧烷)软刻蚀及以微阀微泵为特征的大规模集成微流控芯片，微流控技术正在逐步地向前推进，并成为乳液制备方面的重要技术。微流控技术是指基于微观尺度下的流体力学特征，利用横截面尺寸在10-100μm的微通道装置，对其中的微量流体施以力的作用，从而对其进行精确控制与操作的技术。其中，液滴微流控技术是微流控技术的一个重要分支，其是指将两互不相溶的流体同时通入微流控装置内，在界面张力和外相流体剪切力及压力作用下将其剪断、剥离，从而形成单分散乳液液滴的技术。相对于连续流领域微流控技术存在的微泵微阀结构复杂、试剂消耗量大、低雷诺数下流体难以达到较好的混合效果等缺点，液滴微流控技术因具有操作可控性高、装置可扩展性强、实验可重现性高、制得的液滴单分散性及独立可控性好等优点，已逐渐成为微流控技术研究的热点。微流控产品在生物、食品、制药等领域均具有广阔的应用前景。

伴随着微流控技术的发展，采用微流控技术制备大小、形貌、组分可控的壳聚糖微球用于重金属离子吸附、染料吸附等已经成为研究热点和重要方向。形貌、孔隙、纳米结构、粒径分布可控的微球，不仅能实现高效的吸附能力，而且可以提高吸附过程的效率和可靠性。大多数传统微粒制备方式不能对微粒的粒径分布实现精确控制，因此，在生产控制方面有着较高地位的微流控技术可以为我们提供一种先进的微粒合成的新方法。近几年来，一些研究者已经采用微流控技术成功制备出壳聚糖微球。对于壳聚糖微球的制备方法，一般先配制分散相与连续相，通过剪切生成液滴后，再加入水浴固化液中进行交联固化，水浴固化液中含有交联剂，用于与壳聚糖发生交联反应，使单分子链的壳聚糖成为网状结构相互联结在一起，之后加入含辛醇的接收相中，接收相一般为正辛烷等油相，辛醇的目的是将交联固化后的壳聚糖颗粒网状结构中的水分子吸收出来，使壳聚糖颗粒完成缩水，真正固化成为固体颗粒。然后采用乙醇-丙酮溶液体系对其清洗，干燥。干燥有烘干与冻干两种形式，冻干可以使壳聚糖颗粒保持良好的形貌，但操作条件较为苛刻，一般常采用烘干的方式。

但是，采用传统的微流控制备壳聚糖微球方法，工序繁琐，耗时长，造粒慢，成本高，容易造成试剂浪费。

因此，本领域迫切需要开发出一种新方法来制备壳聚糖微球，以缩短流程，节省时间，减少试剂浪费，降低成本，加快造粒速度，使得壳聚糖微球在废水处理方面有更为广泛的应用。

发明内容

本发明提供了一种新颖的用于重金属废水处理的壳聚糖微球微流控一步合成法，从而解决了现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种用于重金属废水处理的壳聚糖微球微流控一步合成法，该方法包括以下步骤：

a.配制壳聚糖水溶液作为分散相，其中，以所述壳聚糖水溶液的重量计，所述壳聚糖水溶液包含2-4％的壳聚糖；

b.配制加入交联剂的油相作为连续相，其中，以所述油相的重量计，所述连续相包含2-4％的司班、0.5-2％的交联剂和余量的正辛烷，其中所述交联剂包括：戊二醛、乙二醇二缩水甘油醚或环氧氯丙烷；或者，所述连续相包含司班、交联剂、液体石蜡和石油醚，其中，所述司班所占的比例为2-4％，所述交联剂所占的比例为司班所占比例的10-50％，液体石蜡与石油醚的体积比为7:5，其中所述交联剂包括：戊二醛的甲苯饱和溶液；

c.将所得的连续相与分散相通入微流控芯片进行剪切，形成壳聚糖液滴，并交联固化；以及

d.将所得的交联固化的壳聚糖颗粒进行清洗后，烘干得到壳聚糖微球。

在一个优选的实施方式中，在步骤a中，以所述壳聚糖水溶液的重量计，所述壳聚糖水溶液还包含2-4％的乙酸。

在另一个优选的实施方式中，在步骤c中，所述微流控芯片采用聚焦流通道形式。

在另一个优选的实施方式中，在步骤c中，所述微流控芯片采用亲油材料加工而成。

在另一个优选的实施方式中，在步骤c中，所述微流控芯片使用3层聚甲基丙烯酸甲酯材料制备。

在另一个优选的实施方式中，在步骤c中，所述剪切为连续相剪切分散相，连续相与分散相的流速比为3:1至10:1。

在另一个优选的实施方式中，在步骤c中，所述剪切在微流控芯片的十字通道内进行。

在另一个优选的实施方式中，在步骤d中，所述壳聚糖液滴生成30-60分钟后即可进行清洗。