基本信息
- 项目名称：
- 多孔醋酸纤维素微球的制备方法与工艺研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本课题根据醋酸纤维素溶于有机溶剂、不溶于水的特性，以碳酸钙为致孔剂，水作为连续相，醋酸纤维素及各种助剂的有机溶液为分散相，利用反相悬浮分散法，制备多孔醋酸纤维素微球。本法制得的微粒具有多孔、规则的球形结构，良好的亲水性网络、较大的比表面积、良好的水力学性能。微球之间的粘连少、重现性好。采用本法制作醋酸纤维素微球，设备简单，产量高，微球粒径可控，且在保持原有醋酸纤维素优点的同时，兼有多孔介质的优点。
- 详细介绍：
- 多孔醋酸纤维素微球是醋酸纤维素应用的一个特殊形式，于其原料绿色环保可再生，价格低廉，生物相容性好，可生物降解，机械强度高，且身具有良好的弹性和热稳定性，无毒、无味、吸附力强、吸阻小，用于处理工业废水，还可用于血液过滤、药物缓释、手性物质的分离与色谱分离等众多领域。但是传统的的滴制法及沉析法在成球技术上生产效率低，微球表面过于光滑，孔隙率难以控制。 选择特性粘度为1.42的醋酸纤维素、液体石蜡作为分散相、吐温80作为分散剂、搅拌速度约为550r•m-1、相比为3﹕1、环境温度约为8℃～25℃、冷却剂温度为8℃～14℃的并使用质量百分比为0.1%～30%粒径为20nm～25µm的碳酸钙颗粒作为致孔剂，利用反相悬浮分散法，可得到粒径分布在20m～500m占以87.51%上的具有足够的程度 “贯穿性”孔洞的多孔醋酸纤维素微球。 本法通过改变醋酸纤维素特性粘度、温度、相比、搅拌速度等实现微球粒径可控。本法制得的微粒具有多孔、规则的球形结构，良好的亲水性网络、较大的比表面积、良好的水力学性能。微球粒径分布在1µm～3000µm 范围内，微球之间的粘连少、重现性好。采用本法制作醋酸纤维素微球，设备简单，产量高，在保持原有醋酸纤维素优点的同时，兼有多孔介质的优点。
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撰写目的和基本思路
- 醋酸纤维素为可再物质材料，醋酸纤维素微球在国外有广泛的应用，国内尚为空白。本课题的目的就是研究开发一种醋酸纤维素微球制备的新方法，填补国内空白。根据醋酸纤维素溶于有机溶剂、不溶于水的特性，以碳酸钙为致孔剂，以水作为连续相、醋酸纤维素及各种助剂的有机溶液为分散相，利用反相悬浮分散法，制备多孔醋酸纤维素微球。
科学性、先进性及独特之处
- 醋酸纤维素微球的诸多优点使其可应用于血液过滤、药物缓释、手性物质的分离与色谱分离等众多领域，且国外已有将其用于分离、医学等领域的实例，但传统滴制法及喷射法成球效率低、微球的比表面低。本法根据醋酸纤维素溶于有机溶剂、不溶于水的特性，以碳酸钙为致孔剂，水为连续相，醋酸纤维素及各种助剂的有机溶液为分散相，利用反相悬浮分散法，制备多孔醋酸纤维素微球。本法设备简单、产量高，微球粒径可控且粘连少、重现性好。
应用价值和现实意义
- 醋酸纤维素微球在保存原有醋酸纤维素优点的同时，兼有多孔介质的优点：耐压性能好，传质速率高，吸附容量大，流通孔径可控；介质内多孔的存在有利于实现高效快速的分离；醋酸纤维素微球上的活性基团多，通过修饰不同配基，例如离子交换配基、亲和配基等，能够满足多种吸附分离要求。可用于处理含重金属离子、有机物、色素废水, 还可用于气体分离，血液过滤、药物缓释、色谱分离等。
学术论文摘要
- 根据醋酸纤维素溶于有机溶剂、不溶于水的特性，以碳酸钙为致孔剂，以水作为连续相、醋酸纤维素及各种助剂的有机溶液为分散相，利用反相悬浮分散法，制备多孔的醋酸纤维素微球。醋酸纤维素的取代度(DS)为2.0～2.6、特性粘度（IV）为1.30 dl/g～1.90dl/g，微球粒径在1µm～3000µm 范围内，通过筛分分级。以铅离子为例，制得的微球在pH值6～8的范围内，25℃下吸附24h后，达到饱和，吸附容量达53.1 mg•g-1。微球在保存原有醋酸纤维素优点的同时，兼有多孔介质的优点，可用于处理含重金属离子、有机物、色素废水, 还可用于气体分离、血液过滤、药物缓释、色谱分离等。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 经教育部科技查新工作站（G14）查新，在国内公开报道文献中，采用反相悬浮分散法制备多孔醋酸纤维素微球，未见相同报道。
参考文献
- [1]唐爱民，梁文芷. 纤维素的功能化[J]. 高分子通报，2000，12(4)：1～9. [2]梅洁，陈家楠，欧义芳. 醋酸纤维素的现状与发展趋势[J]. 纤维素科学与技术，1999，7(4)：56～62. [3]Kalyani S ．Competitive adsorption of Cu(Ⅱ),Co(Ⅱ)and Ni(Ⅱ) from their binary and tertiary aqueous solutions using chitosan-coated perlite beads as biosorbent[J]．Journal of Hazardous Materials，2009，170：680～689． [4] Calvin W．Regenerated Cellulose Fibres[J]．Woodhead Publishing ，2001： 156～173． [5]陈世英，冯朝阳，杜倩等. 以CA为基质中空纤维分离膜与血液成分的相互作用[J]. 纤维素科学与技术，1993，l(1)：61～65. [6]郝继华，尹春燕，戴海平等. 低压CTA-CA共混反渗透膜的研制[J]. 膜科学与技术，1992，12(4)：47～52. [7]Yoshiaki K，Kiyokatsu J，Jing Wu，et al．Cellulose acetate fiber as stationary phase in capillary electrochrochromato graphy[J]．High Resol. Chromatogr．1998， 21 (11)：617-619． [8]Kagotani，Masahiro．Cellulose microspheres and their manufacture[P]．Japan．JP 87277401 A2．Dec． 2．1987． [9]Wagenknecht W，Fanter C， Loth F． Preparation of porous microspheres of cellulose acetate[P].EP 750007 A1，Dec．27．1996．
同类课题研究水平概述
- 我国醋酸纤维素的生产已有40多年历史。醋酸纤维素市场前景广阔,经济效益及市场效益均十分明显,需大力开拓。2000年,国内市场对醋酸纤维素的需求量为15万t--16万t。近年国内有由中美合资的南通醋酸纤维有限公司、昆明醋酸纤维有限公司和珠海醋酸纤维有限公司等制造生产醋酸纤维素。 醋酸纤维素微球作为醋酸纤维素应用的一个特殊形式，可以应用在色谱与分离技术中；可以作为血浆置换术的吸附剂，用于血液分离；还可用于手性物质的分离。并且，手性识别只是醋酸纤维素吸附性质的一种表现，还可以由此开发出许多新的吸附性能。比如，可用于分子结构相似物质的分离，这对于白细胞的吸附是非常有利的，但是对于它的吸附机理我们还有很大的兴趣。随着醋酸纤维素微球研究的深入，我们会开发出越来越多的功能和应用。因此，醋酸纤维素微球的制备成为解决问题的关键。 目前国外通常使用“喷射法”和“沉析法”制造醋酸纤维素微球。 “喷射法”制备微球的缺点在于设备工艺要求高，维护费用高，单位时间内微粒生产率低，制备得到的球形醋酸纤维素一般呈现水滴状，严重时有“蝌蚪状”拖尾现象，溶剂挥发导致喷射口易发生堵塞，以至无法连续的生产得到球形醋酸纤维素，使得球形醋酸纤维素的应用受到了极大地限制，且价格十分昂贵。“沉析法”制备球状醋酸纤维素方法还不完善有待进一步发展，制备球形醋酸纤维素的产率低下，微球之间容易发生粘连凝结现象。同时，以上两种方法制备得到的球状醋酸纤维素都存在微球表面过于光滑和孔隙率难以控制的问题。 本课题研究的制备多孔醋酸纤维素微球吸附介质的方法，成本低廉；制备过程简便经济；分散剂液体石蜡可循环使用，固体碳酸钙颗粒无毒，绿色环保；介质在保存原有醋酸纤维素介质优点的同时，兼有多孔介质的优点；耐压性能好，传质速率高，吸附容量大，流通孔径可控；醋酸纤维素微球上的活性基团多，可以通过修饰不同配基，满足多种吸附分离要求，应用于多种色谱分离模式。
