用于重金屬?gòu)U水處理的殼聚糖微球微流控一步合成法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微流控制造顆粒領(lǐng)域，涉及一種用于重金屬?gòu)U水處理的殼聚糖微球微流控一步合成法。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控技術(shù)發(fā)展至今已有近二十年的時(shí)間了，從基于微機(jī)電加工系統(tǒng)的單純化學(xué)分析手段，到本世紀(jì)初Whitesides和Quake分別設(shè)計(jì)出的TOMS(聚二甲基硅氧烷)軟刻蝕及以微閥微栗為特征的大規(guī)模集成微流控芯片，微流控技術(shù)正在逐步地向前推進(jìn)，并成為乳液制備方面的重要技術(shù)。微流控技術(shù)是指基于微觀尺度下的流體力學(xué)特征，利用橫截面尺寸在10-100μπι的微通道裝置，對(duì)其中的微量流體施以力的作用，從而對(duì)其進(jìn)行精確控制與操作的技術(shù)。其中，液滴微流控技術(shù)是微流控技術(shù)的一個(gè)重要分支，其是指將兩互不相溶的流體同時(shí)通入微流控裝置內(nèi)，在界面張力和外相流體剪切力及壓力作用下將其剪斷、剝離，從而形成單分散乳液液滴的技術(shù)。相對(duì)于連續(xù)流領(lǐng)域微流控技術(shù)存在的微栗微閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、試劑消耗量大、低雷諾數(shù)下流體難以達(dá)到較好的混合效果等缺點(diǎn)，液滴微流控技術(shù)因具有操作可控性高、裝置可擴(kuò)展性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)可重現(xiàn)性高、制得的液滴單分散性及獨(dú)立可控性好等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為微流控技術(shù)研究的熱點(diǎn)。微流控產(chǎn)品在生物、食品、制藥等領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]伴隨著微流控技術(shù)的發(fā)展，采用微流控技術(shù)制備大小、形貌、組分可控的殼聚糖微球用于重金屬離子吸附、染料吸附等已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)和重要方向。形貌、孔隙、納米結(jié)構(gòu)、粒徑分布可控的微球，不僅能實(shí)現(xiàn)高效的吸附能力，而且可以提高吸附過(guò)程的效率和可靠性。大多數(shù)傳統(tǒng)微粒制備方式不能對(duì)微粒的粒徑分布實(shí)現(xiàn)精確控制，因此，在生產(chǎn)控制方面有著較高地位的微流控技術(shù)可以為我們提供一種先進(jìn)的微粒合成的新方法。近幾年來(lái)，一些研究者已經(jīng)采用微流控技術(shù)成功制備出殼聚糖微球。對(duì)于殼聚糖微球的制備方法，一般先配制分散相與連續(xù)相，通過(guò)剪切生成液滴后，再加入水浴固化液中進(jìn)行交聯(lián)固化，水浴固化液中含有交聯(lián)劑，用于與殼聚糖發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使單分子鏈的殼聚糖成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互聯(lián)結(jié)在一起，之后加入含辛醇的接收相中，接收相一般為正辛烷等油相，辛醇的目的是將交聯(lián)固化后的殼聚糖顆粒網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的水分子吸收出來(lái)，使殼聚糖顆粒完成縮水，真正固化成為固體顆粒。然后采用乙醇-丙酮溶液體系對(duì)其清洗，干燥。干燥有烘干與凍干兩種形式，凍干可以使殼聚糖顆粒保持良好的形貌，但操作條件較為苛刻，一般常采用烘干的方式。
[0004]但是，采用傳統(tǒng)的微流控制備殼聚糖微球方法，工序繁瑣，耗時(shí)長(zhǎng)，造粒慢，成本高，容易造成試劑浪費(fèi)。
[0005]因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)出一種新方法來(lái)制備殼聚糖微球，以縮短流程，節(jié)省時(shí)間，減少試劑浪費(fèi)，降低成本，加快造粒速度，使得殼聚糖微球在廢水處理方面有更為廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種新穎的用于重金屬?gòu)U水處理的殼聚糖微球微流控一步合成法，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明提供了一種用于重金屬?gòu)U水處理的殼聚糖微球微流控一步合成法，該方法包括以下步驟:
[0008]a.配制殼聚糖水溶液作為分散相，其中，以所述殼聚糖水溶液的重量計(jì)，所述殼聚糖水溶液包含2-4%的殼聚糖；
[0009]b.配制加入交聯(lián)劑的油相作為連續(xù)相，其中，以所述油相的重量計(jì)，所述連續(xù)相包含2-4%的司班、0.5-2%的交聯(lián)劑和余量的正辛烷，其中所述交聯(lián)劑包括:戊二醛、乙二醇二縮水甘油醚或環(huán)氧氯丙烷;或者，所述連續(xù)相包含司班、交聯(lián)劑、液體石蠟和石油醚，其中，所述司班所占的比例為2_4%，所述交聯(lián)劑所占的比例為司班所占比例的10-50%，液體石蠟與石油醚的體積比為7:5，其中所述交聯(lián)劑包括:戊二醛的甲苯飽和溶液；
[0010]c.將所得的連續(xù)相與分散相通入微流控芯片進(jìn)行剪切，形成殼聚糖液滴，并交聯(lián)固化；以及
[0011]d.將所得的交聯(lián)固化的殼聚糖顆粒進(jìn)行清洗后，烘干得到殼聚糖微球。
[0012]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟a中，以所述殼聚糖水溶液的重量計(jì)，所述殼聚糖水溶液還包含2-4 %的乙酸。
[0013]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟c中，所述微流控芯片采用聚焦流通道形式。
[0014]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟c中，所述微流控芯片采用親油材料加工而成。
[0015]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟c中，所述微流控芯片使用3層聚甲基丙烯酸甲酯材料制備。
[0016]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟c中，所述剪切為連續(xù)相剪切分散相，連續(xù)相與分散相的流速比為3:1至10:1。
[0017]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟c中，所述剪切在微流控芯片的十字通道內(nèi)進(jìn)行。
[0018]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟d中，所述殼聚糖液滴生成30-60分鐘后即可進(jìn)行清洗。
[0019]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟d中，所述清洗采用乙醇水溶液，以所述乙醇水溶液的重量計(jì)，所述乙醇所占的比例為10-30 %。
[0020]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，在步驟d中，所述烘干溫度為40-60°C，烘干時(shí)間為10-12小時(shí)。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的殼聚糖微球圖。
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的微流控芯片圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]
[0024]本文中使用的術(shù)語(yǔ)殼聚糖(Chitosan)，指的是甲殼素脫乙酰基的產(chǎn)物。它是自然界唯一的天然堿性氨基多糖，具有良好的生物相容性、生物降解性、并且降解后產(chǎn)物無(wú)毒性。其表面具有大量的活性氨基和羥基，不僅可以與重金屬離子形成金屬絡(luò)合物，從而吸附重金屬離子，同時(shí)也可以吸附有機(jī)大分子物質(zhì)。此外，通過(guò)對(duì)殼聚糖表面進(jìn)行官能團(tuán)嫁接，不僅可以賦予其優(yōu)秀的選擇吸附性能，更是使其具有良好的催化性能。
[0025]本文中使用的術(shù)語(yǔ)微流控，是近年來(lái)在微流控芯片上發(fā)展起來(lái)的一種操控微小體積液體的技術(shù)，其原理為:將兩種互不相溶的液體，以其中的一種為連續(xù)相，另一種為分散相，連續(xù)相和分散相分別由不同入口進(jìn)入芯片，在微通道中，分散相在剪切力的作用下被連續(xù)相剪切為一系列離散的粒徑均勻的微液滴;每個(gè)液滴獨(dú)立地被連續(xù)相包裹，與外界無(wú)物質(zhì)交換，形成一個(gè)封閉體系，因此可以作為一個(gè)微反應(yīng)器，完成一組化學(xué)或生物反應(yīng)，且反應(yīng)條件穩(wěn)定，結(jié)果可靠。
[0026]本申請(qǐng)的發(fā)明人經(jīng)過(guò)廣泛而深入的研究，針對(duì)微流控造粒形貌可控、粒徑均勻，但傳統(tǒng)方法工序長(zhǎng)，耗時(shí)耗力，成本高，造粒慢這一狀況，通過(guò)合并水浴固化液與連續(xù)相減少試劑浪費(fèi)，將接收相環(huán)節(jié)減掉大大縮短顆粒成型時(shí)間，并以乙醇水溶液清洗的方式代替丙酮-乙醇溶液體系，在達(dá)到清洗效果的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，提出了一種新穎的用于重金屬?gòu)U水處理的殼聚糖微球微流控一步合成法。該方法操作簡(jiǎn)單，實(shí)施方便，減少試劑浪費(fèi)，降低成本，省時(shí)省力，加快了造粒速度，所造微球用于重金屬?gòu)U水吸附處理，效果好，高效環(huán)保。
[0027]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思如下:
[0028]直接在連續(xù)相中加入交聯(lián)劑，使其既可作為連續(xù)相，又可作為水浴固化液，使用此連續(xù)相剪切分散相形成殼聚糖液滴，而殼聚糖液滴在形成后直接就進(jìn)入到這種新型連續(xù)相溶液中進(jìn)行交聯(lián)固化，減少了水浴固化液的試劑浪費(fèi)；殼聚糖液滴在交聯(lián)固化30-60分鐘后，可直接使用乙醇水溶液進(jìn)行清洗，不需要再放入含辛醇的接收相中進(jìn)行