Page 37 - 精细化工2019年第9期

第 9 期 陈擘威，等: 掺锌壳聚糖气凝胶的制备与表征 ·1765·

含量较低时，由于羟基的络合作用较弱，使得锌离 如图 4 所示，曲线 a 有比较宽的衍射峰，这说
子容易团聚，生成粗大的骨架结构，如图 2a 所示； 明壳聚糖是无定型状态的有机物；在曲线 b 和 c 中
随着壳聚糖含量的增大，羟基络合作用更强，使得 发现有衍射峰，且曲线 c 的衍射峰更尖锐，但通过
锌离子的分散更为均匀，避免了团簇现象，最终得 对比 PDF 卡片，没有特征峰，没有发现有对应的晶
到的气凝胶骨架结构更为纤细，多孔结构更明显， 型，这是由于锌离子与有机物结合形成一定的有序
如图 2b 所示。 排列。从 XRD 谱图也印证了红外谱图的分析结果
2.2 气凝胶的红外测试分析 （图 3），掺锌壳聚糖气凝胶没有无机物氧化锌，气
对壳聚糖和气凝胶做红外测试分析，如图 3 所示。 凝胶样品中的锌离子并不是以无机物的形式存在。
2.4 气凝胶的吸附/脱附特性分析
不同反应物配比下所制得的复合气凝胶的氮气
吸附/脱附等温曲线，如图 5 所示。

a—壳聚糖；b—壳聚糖与 ZnCl 2 的质量比 0.5∶1；c—壳聚糖与
ZnCl 2 的质量比 1∶1
图 3 壳聚糖和气凝胶的红外光谱图
Fig. 3 FTIR spectra of chitosan and the aerogels

从图3a 可以看出，壳聚糖分子存在大量的氢键 [21] ，
在 3437 和 1094 cm –1 左右是醇羟基吸收峰，而在
–1
2919 和 1375 cm 处是 C—H 的吸收峰，在 1596 cm –1
处是 N—H 的吸收峰。而在图 3b 和 c 中可以明显发现，
–1
在 3437、1094、2919、1375 和 1596 cm 处均有明显
的吸收峰，说明气凝胶样品也具有壳聚糖相同的吸
收峰，样品保留了壳聚糖的醇羟基，具有 C—H、N
–1
—H 等基团。但在 465 和 429 cm 处都没有出现明
显的吸收峰，这说明掺锌壳聚糖气凝胶样品中不存
壳聚糖与 ZnCl 2 的质量比：a—0.5∶1；b—1∶1
在氧化锌 [22] 。
图 5 气凝胶的吸附/脱附等温曲线
2.3 气凝胶的 XRD 测试分析 Fig. 5 Adsorption/desorption isotherms of the aerogels
掺锌壳聚糖气凝胶的 XRD 谱图，如图 4 所示。
如图 5 所示，依据国际纯粹与应用化学联合会
（IUPAC）的分类标准，该种复合气凝胶的吸附脱
附等温线属于Ⅳ型等温线。这种等温线主要特征是
迟滞回线，其吸附主要是物理吸附。由于解吸时压
力的降低与吸附时压力的升高过程不能完全吻合从
而产生迟滞回线，其与中孔和毛细凝聚作用有关。
通过分析曲线可知：在低压区，易发生微孔填充现
象，从而使得该区域吸附量急剧上升；当相对压力
在 0.4 以下时，气凝胶的吸附比较平缓；当相对压

力升高时，由于中孔和大孔存在毛细凝聚现象，使
a—壳聚糖；b—壳聚糖与 ZnCl 2 的质量比 0.5∶1；c—壳聚糖与 得吸附量迅速上升，同时出现脱附等温线与吸附等
ZnCl 2 的质量比 1∶1
图 4 壳聚糖和气凝胶的 XRD 谱图 温线不重合的现象，产生吸附滞后。气凝胶的比表
Fig. 4 XRD patterns of chitosan and the aerogels 面积和平均孔径分布如表 1 所示。