[发明专利]三维多孔魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯海绵的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维多孔魔芋葡甘聚糖‑氧化石墨烯海绵的制备方法，包括以下步骤：(1)配制氧化石墨烯溶液；(2)将魔芋葡甘露聚糖溶液加入氧化石墨烯溶液中，搅拌，脱泡，得到混合溶液；(3)将混合溶液加入碱性溶液中浸泡，然后加入管状模具中，所述管状模具的底部固定在钢板上，将钢板放置于液氮中冷冻，待溶液完全冻结后，将其置于冷冻干燥机中，冷冻干燥，干燥完成后用去离子水洗涤，然后真空干燥，即得到三维多孔魔芋葡甘聚糖‑氧化石墨烯海绵。本发明制备的魔芋葡甘聚糖‑石墨烯海绵具有孔洞分布均匀有序，孔隙率高，密度小，吸水性强，天然可降解的特点，可广泛应用于液体过滤、净化分离、吸声减震、化妆品、外包装材料等方面。

技术领域

本发明属于高分子材料制备领域，具体涉及一种三维多孔魔芋葡甘聚糖-氧化石墨烯海绵的制备方法。

背景技术

海绵作为一种多孔弹性材料,也称软质泡沫材料,在日常生活中应用广泛,普遍用作多孔吸水材料和减震包装材料。目前市售多为合成高分子制备的海绵,主要成分为聚苯乙烯、聚氨酯等物质。虽然该类海绵制品生产技术发展已较为成熟,产量和消耗量巨大,但原料来源为不可再生的石油资源,生产过程不环保,海绵废弃后不易降解,长期不加节制的生产、消耗和废弃该类海绵,必将给生态环境和人类健康带来严重危害。

葡甘聚糖(KGM)是魔芋的主要成分。我国是魔芋的原产地之一，也是主要的产出中心。早在2000多年之前，我国已经开始种植、食用魔芋，魔芋在我国主要分布在西南部地区及长江流域。魔芋是目前为止唯一能够提取大量的葡甘聚糖的作物。对魔芋开发研究最早的是日本，不管是从广度还是深度而言，日本对魔芋的研究一直处在世界的领先位置。从上世纪20、30年代，日本就开始对魔芋的种植及后续的加工利用进行了研究，但是日本主要研究魔芋的食用功能，充分利用魔芋的性质，开发作为理想的低热量、低脂肪的膳食纤维。我国对魔芋的研究从上世纪80年代开始，深化了魔芋物理化学性质的研究，并开发出更多的功能。相较日本而言，我国的研究更多集中在魔芋的药用价值以及进一步深加工利用等方面。魔芋的开发利用价值由其所蕴含的葡甘聚糖的活性决定，其含量最低在40％左右，而最高可达到90％以上。淀粉在魔芋块茎中的含量能占到15％，是第二大类物质。另外，魔芋中还含有多种氨基酸(含量高于甘薯、马铃薯等农作物)、矿物质(如钙、铁等)、维生素(如维生素A)和皂甙(一种微毒性物质，食用后会引起麻痹)。魔芋葡甘露聚糖是继淀粉、纤维素之后的又一种生物可降解的天然大分子材料，由甘露糖和葡萄糖聚合而成。魔芋葡甘露聚糖的特殊结构，使其具有很多优良的性能，如优良的吸湿性能、良好的水溶性等。

氧化石墨烯(GO)是在2004年由英国学者在实验室首次发现的石墨烯(Graphene)基础上经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。但是，早在1860年就有关于氧化石墨制备的报道,之后科研工作者们通过对强氧化条件的变换、探索,发展了若干不同的方法,主要有Brodie法、Staudenmaier法和Hummers法等,目前最常用作石墨稀制备的是改进的Hummers法即通过预氧化、氧化两步来得到氧化石墨。在制得氧化石墨后，含氧官能团的介入使得石墨片层间的距离显著增大,但仍有部分范德华力将若干片层连在一起,因此想要得到单层的氧化石墨稀产物,还需要施加一定的外力,即借助一定的剥离手段来解除这种层间的作用力。目前报道的剥离氧化石墨的方法主要有热膨胀法、低温剥离法、超声分散法等,其中超声剥离法由于操作简单、超声剥离过程屮不发生化学变化、剥离的程度相对较高且可通过简单控制超声时间及超声功率来大致控制产物片层的大小等优势,因而得到最为广泛的应用。