[发明专利]一种由壳聚糖和贝壳粉制备的复合气凝胶吸附剂及其制备方法

说明书

本发明属于吸附剂与聚合物材料制备技术领域，具体涉及一种由壳聚糖和贝壳粉制备的复合气凝胶吸附剂及其制备方法。所述的复合气凝胶吸附剂由贝壳粉和壳聚糖按质量比0.2:1～4:1制备而成，本发明以天然高分子壳聚糖为大孔气凝胶的基体，贝壳粉为中和剂和填料，通过无毒环保的工艺制备壳聚糖和贝壳粉复合气凝胶吸附剂，改善了壳聚糖的耐酸稳定性和力学性能，显著降低了成本，制成了一种相对高效的阴离子染料吸附剂。在环境污染治理、医药、食品和生物医学领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于吸附剂与聚合物材料制备技术领域，具体涉及一种由壳聚糖和贝壳粉制备的复合气凝胶吸附剂及其制备方法。

背景技术

壳聚糖是由贝壳中的甲壳素通过脱乙酰化制得的天然高分子多糖，具有良好生物相容性、生物降解性。由于其分子链上氨基和羟基的广泛存在，壳聚糖对水溶液中染料、重金属离子具有良好的吸附性能，因此在废水处理的应用中受到了广泛的关注。在各种类型的壳聚糖基吸附材料(粉体、凝胶颗粒、膜、水凝胶和气凝胶)中，气凝胶具有最高的比表面积，较小的密度，可以最大程度的利用壳聚糖的吸附位点，从而可以作为一种高效的生物可降解材料吸附剂。但是壳聚糖基材料一般不耐弱酸；同时壳聚糖类气凝胶在水中易溶胀而导致结构崩塌，所以其结构稳定性较差，从而其重复利用收到限制。

传统的提高壳聚糖力学性能的方法是利用醛类物质和壳聚糖交联以提高其稳定性，但醛类交联剂一般具有生物毒性，对环境也有一定的污染。为了增强壳聚糖基体的机械稳定性，很多学者将一些无机材料加入到壳聚糖基体中形成壳聚糖复合微珠。这些壳聚糖微珠干燥后可用于污水的处理，以吸附去除污水中的重金属离子、染料、抗生素等。

牡蛎贝壳来源丰富，廉价易得，用牡蛎贝壳粉碎得到的贝壳粉体是一种天然的具有微结构的矿化有机-无机复合材料，通过各种方式处理，可制备成一种天然吸附材料，目前在吸附污水中农药、重金属离子、染料等方面都有诸多应用。本发明利用贝壳粉中的碳酸钙中和壳聚糖溶液的弱酸，降低壳聚糖溶解性，使其形成凝胶，制备得到的凝胶吸附剂不但保持凝胶良好的吸附性，而且提高了最终产物复合气凝胶的力学性能。

发明内容

本发明的首要目的是提供一种复合气凝胶吸附剂，所述的复合气凝胶吸附剂由贝壳粉和壳聚糖按质量比0.2:1～4:1制备而成。

本发明还提供了所述的复合气凝胶吸附剂的制备方法，所述的方法包括如下步骤：

(1)贝壳粉悬浮液的制备：按比例将贝壳粉加入到蒸馏水中，500-1000rpm室温搅拌1-6h，配置成浓度为3-20％的贝壳粉悬浮液；

(2)壳聚糖溶液的制备：按比例将壳聚糖溶于有机酸溶液中，在300-1000rpm下搅拌10-48h，得到浓度范围为1-10％壳聚糖溶液；

(3)按照质量比为0.2:1～4:1将步骤(1)得到的贝壳粉悬浮液加入到步骤(2)得到的壳聚糖溶液中，在500-1000rpm下持续搅拌，直到混合溶液变粘稠形成水凝胶；

(4)将步骤(3)得到的水凝胶浸泡在蒸馏水中24h后，在-20℃下冷冻8-24h，冷冻、干燥1-3d，得到多孔的壳聚糖和贝壳粉复合气凝胶吸附剂。

优选地，所述的步骤(2)中的有机酸为甲酸、乙酸、柠檬酸中的任一种。

优选地，所述的有机酸的浓度范围为0.2-6％。

优选地，所述的贝壳粉是将牡蛎贝壳粉碎制备得到。

优选地，所述的步骤(4)的冷冻、干燥通过冷冻干燥器进行。

与现有方法相比，本发明具有以下优点：