[发明专利]一种海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖复合气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种海藻酸钠/N‑琥珀酰壳聚糖复合气凝胶及其制备方法和应用，所述复合气凝胶由N‑琥珀酰壳聚糖水溶液和海藻酸钠水溶液混合后，冰冻成型、冷冻干燥再浸入钙铝离子混合溶液中交联并后处理得到。本发明提供的海藻酸钠/N‑琥珀酰壳聚糖复合气凝胶具有优秀的表面亲和力和高比表面积以及优异的机械性能，空气中对水和油具有超亲性，接触角为0°，在水下对油具有超疏性，接触角大于150°，对油水混合物具有很高的分离效率，油水分离效率高达99％，水通量高达2.11L/(m²·s)，并且具有高耐久性，在模拟海水中浸泡30天以上，仍然能够完成油水分离，适用于作为水下超疏油性材料。

技术领域

本发明属于生物质功能材料技术领域，具体涉及一种海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖复合气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着工业迅速发展，产生了大量含油废水。如石油加工业中的采油废水，机械加工业的清洗废水以及石油在运输过程中频发的原油泄漏事件，导致大量的含油废水进入环境中，这些含油废水进入环境会极大地破坏生态环境，威胁人类健康，所以快速高效地分离油水混合物无论是对于生态环境的保护亦或是对于不在再生资源的重复利用都具有重大的战略意义。然而，传统的分离技术，比如重力或者离心机械分离，加入分散剂或吸附剂，又或是生物处理都不约而同地存在分率效率差，可回收性低，能耗高或者费用昂贵等问题，添加的吸附剂或者分散剂未能正确处理甚至会造成二次污染。因此，研发一类新型绿色高效的有机污染分离材料仍然具有广阔的市场前景。

气凝胶是一类具有凝胶网络结构且分散介质为气体的具备一定功能的多孔材料。气凝胶具有高孔隙率、大比表面积和低密度是高效油水分离材料的良好选择。然而，这类气凝胶实际应用中仍然需要克服机械强度差、性能下降过快等问题，如何使制备出的气凝胶具有更好的耐久性与机械性能仍然是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖复合气凝胶及其制备方法和应用，该复合气凝胶用于油水分离领域兼具有高效和高耐久性。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖复合气凝胶，所述复合气凝胶由N-琥珀酰壳聚糖水溶液和海藻酸钠水溶液混合后，冰冻成型、冷冻干燥再浸入钙铝离子混合溶液中交联并后处理得到。

按上述方案，所述N-琥珀酰壳聚糖水溶液中N-琥珀酰壳聚糖与海藻酸钠水溶液中海藻酸钠质量比为1：1～9。

按上述方案，所述N-琥珀酰壳聚糖水溶液的质量浓度≤5％。

按上述方案，所述海藻酸钠水溶液的质量浓度≤9％。

按上述方案，所述钙铝离子混合溶液中钙离子摩尔浓度为0.15～0.50mol/L，铝离子摩尔浓度为0.10～0.50mol/L。

本发明还提供上述海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖复合气凝胶的制备方法，具体步骤如下：

1)将N-琥珀酰壳聚糖加入水中，充分搅拌使其溶解得到N-琥珀酰壳聚糖水溶液；

2)将海藻酸钠加入水中，充分搅拌使其溶解得到海藻酸钠水溶液；

3)将步骤1)所得N-琥珀酰壳聚糖水溶液加入到步骤2)所得海藻酸钠水溶液中，充分搅拌再超声分散处理得到海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖混合溶液，然后将混合溶液倒入模具中冰冻成型，再将其冷冻干燥，得到未交联的海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖复合气凝胶；

4)将步骤3)所得未交联的海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖复合气凝胶浸入钙铝离子混合溶液中进行交联反应，反应结束后用去离子水反复冲洗，冰冻后再冷冻干燥得到海藻酸钠/N-琥珀酰壳聚糖复合气凝胶。

按上述方案，步骤3)冰冻成型条件为在-35～-40℃下冷冻4h以上。