Page 36 - 精细化工2019年第9期
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·1764· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷
是制备研究的关注重点。而多糖类气凝胶是一种新 如图 1 所示，将 2.726 g ZnCl 2 溶于 20 mL 乙醇
型可持续性有机气凝胶材料，其前驱物是壳聚糖， 溶液中，充分混合；将 1 g 壳聚糖溶于 20 mL 醋酸
具有低毒性。壳聚糖气凝胶具有很好的生物相容性， 溶液中，充分反应；待两种溶液反应完成，将 ZnCl 2
并且具有很多优异的性能，能够应用于许多领域。 溶液加入壳聚糖的醋酸溶液中，搅拌 30 min 后，加
本研究以壳聚糖和氯化锌作为前驱物，制备锌基气 入 2 mL 环氧丙烷，然后倒入模具中形成凝胶。将制
凝胶，研究锌基气凝胶的制备工艺，开发出一种制 得的湿凝胶在室温下老化 1 d，先用乙醇溶液交换 3
次，每次交换时间 1 d，再用丙酮溶液交换 3 次，每
备锌基掺杂气凝胶的新方法。采用壳聚糖作为模板
次交换时间 2 d。用 CO 2 进行超临界干燥，先将湿凝
剂，是为了改进用聚丙烯酸或柠檬酸作为模板剂制
备的锌基复合气凝胶成型性比较差的现象 [15] ，通过 胶放入反应釜内，将反应釜内温度设置为 5 ℃，让
样品与 CO 2 交换 2 d 后，然后升温至 40 ℃，同时保
改换模板剂，气凝胶的成型性得到很好的改善；在
持釜内压力在 10 MPa 以上，1 d 后，在保持温度不
湿凝胶中掺杂金属，形成杂化气凝胶，改善壳聚糖
变的情况下，缓慢排出釜内气体，等待反应釜降至
气凝胶的性能，提高气凝胶在催化和吸附中的应用，
室温，得到掺锌壳聚糖气凝胶样品。
并能提供催化新材料 [16-18] 。本文采用改进的无机分
散溶胶-凝胶法 [8, 19] ，在壳聚糖湿凝胶中掺杂锌，改 2 结果与讨论
善壳聚糖气凝胶的性能，以期得到成型好、吸附、
2.1 微观结构分析
催化性能好的基础材料。
将壳聚糖溶解在醋酸溶液中，然后将混合溶液
1 实验部分 加入氨水溶液中，即形成水凝胶 [16-18,20] 。通过改变
前驱物，在壳聚糖的醋酸溶液中，加入了氯化锌，
1.1 试剂与仪器 以环氧丙烷作为促凝剂，制备得到掺锌壳聚糖湿凝
ZnCl 2 、壳聚糖、醋酸、乙醇、丙酮、环氧丙烷， 胶。壳聚糖作为一种高分子，能够增强通过无机分
分析纯，成都科龙化工试剂厂。气凝胶的微观结构 散溶胶-凝胶法制备的掺锌壳聚糖气凝胶的三维骨
采用 FEI Sirion 200 场发射扫描电镜(FESEM)和 架结构。由于壳聚糖的分子链是游离离子形成交联
JEOL 2010EX Microscope 型透射电子显微镜(HRTEM) 结构，其主要是通过羟基络合作用，使得锌离子与
分析；等温吸附/脱附分析采用 Qudrosorb SI 四站全 羟基结合在一起，形成稳定的胶体结构，壳聚糖起
自动吸附仪。 到一个骨架支撑作用。其场发射扫描电镜照片见图 2。
1.2 气凝胶的制备
气凝胶的制备原理见图 1。
壳聚糖与 ZnCl 2 的质量比：a—0.5∶1；b—1∶1
图 2 气凝胶场发射扫描电镜图
Fig. 2 FESEM images of the aerogels
从图 2 可以发现，不同质量比的气凝胶均具有
清晰的三维网络骨架结构和大量的纳米级孔洞，这
充分说明壳聚糖分子链在体系中能相互交联，形成
具有纳米级孔洞结构的气凝胶。从图 2 看到，壳聚
糖与 ZnCl 2 的质量比不同，气凝胶的骨架结构有明
显的不同。当 m（壳聚糖）∶m（氯化锌）=1∶1 时，
骨架纤细，多孔结构明显 [4,17] 。Zhou 等 [16] 认为，加
入其他金属形成杂化气凝胶后，仍然有较高的比表
面积，从气凝胶的 SEM 图发现有团簇现象，这说明
图 1 气凝胶制备路线图 形成的杂化气凝胶中，在纳米骨架上有团簇，孔径
Fig. 1 The preparation process of the aerogels 均匀且略有变化，比表面积会有所减小。当壳聚糖
