[发明专利]一种多孔复合材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种多孔复合材料、制备方法及其应用，多孔复合材料含有角蛋白、丝素蛋白和溴型季铵盐类阳离子表面活性剂，通过向丝素蛋白溶液中添加角蛋白后，加入溴型季铵盐类阳离子表面活性剂，再经注模和冷冻干燥得到。本发明通过快速凝胶技术和冷冻干燥处理制备得到的多孔复合材料，具有孔隙率高、比表面积大、吸附性能优良等优点。

技术领域

本发明涉及功能材料领域，尤其涉及一种多孔复合材料、制备方法及其应用。

背景技术

随着社会经济和工业的发展，产生了越来越多的工业废水。很多工业废水中含有不易降解的染料或重金属离子，特别是染料废水具有一定毒性，而且成分混杂、有机污染物含量高，如果排入水体流入生态系统，会通过水生生物逐步富集，最终危害到人类的健康。

目前在实际中运用较多的是吸附法，或通过静电相互作用(带正电荷的金属离子与带负电基质之间相互作用)，或通过整合作用(由基质提供孤对电子与金属离子形成配位共价健)。常用的吸附剂包括活性炭、膨润土、沸石以及生物吸附剂，其中生物吸附具有吸附剂来源丰富、品种多，成本低、吸附容量大、速度快等优点，能够弥补传统处理法的缺陷而受到了广泛关注。

CN106279749A公布了一种海藻酸盐与丝素蛋白复合海绵的制备方法，将海藻酸钠和丝素混合溶液经机械搅拌后直接冷冻干燥，易导致复合海绵中海藻酸钠和丝素分布不匀；CN110669247A公开了一种凹土基丝素海藻酸钠复合气凝胶的制备方法，但凝胶过程长，且也易导致复合中两种材料的分层。

角蛋白与丝素的混合，可充分利用角蛋白良好的吸附性能和丝素良好的机械性能，使其复合材料具有应用到实际生产生活中的可能。但仅仅依靠简单的机械搅拌作用，角蛋白与丝素蛋白溶液混合后容易出现分层现象，不利于复合材料力学性能的改善。因此，仍需要一种生产简便、凝胶时间短、结构均匀的吸附材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多孔复合材料，提取非水溶性角蛋白并与丝素蛋白均匀混合，向混合溶液中加入适量溴型季铵盐类阳离子表面活性剂，实现快速凝胶，并使角蛋白与丝素蛋白在混合溶液中得到固定，形成多孔状的角蛋白/丝素复合材料。

本发明的一种多孔复合材料，含有角蛋白、丝素蛋白和溴型季铵盐类阳离子表面活性剂，通过向丝素蛋白溶液中添加角蛋白后，加入溴型季铵盐类阳离子表面活性剂，再经注模和冷冻干燥得到。

本发明在丝素蛋白溶液中加入角蛋白，丝素蛋白与角蛋白分子上的羧基和酰胺基团发生相互作用，促使丝素蛋白由无定形结构向β-折叠结构的转变，形成由角蛋白和丝素蛋白的混合β-折叠晶体构成的网络结构，有利于凝胶的形成且结构均匀。同时，丝素β-折叠结构的增加使丝素分子暴露出更多的疏水链段，增强了溴型季铵盐类阳离子表面活性剂的疏水链段与丝素蛋白分子链间以及丝素蛋白分子链之间的疏水缔合，从而使凝胶速度大幅度提高，因而在仅加入低浓度的表面活性剂的情况下就能达到快速凝胶的效果。

进一步地，角蛋白为非水溶性角蛋白。目的是增加复合材料的抗水溶性，防止角蛋白流失，提高复合材料的重复利用性。

进一步地，角蛋白、丝素蛋白和溴型季铵盐类阳离子表面活性剂的质量比为8-12：6-22：1-5。

进一步地，溴型季铵盐类阳离子表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十烷基三甲基溴化铵(DETAB)、十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)、和十八烷基三甲基溴化铵(STAB)中的一种或几种。

本发明还要求保护上述多孔复合材料在生物吸附中的应用。

本发明的多孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将动物毛发置于低共熔溶剂中，加水，振荡加热，过滤，透析后得到水溶性角蛋白和非水溶性角蛋白混合溶液，沉淀，吸出上层清液，取下层角蛋白悬浊液，其中，角蛋白悬浊液的浓度为2-3wt％；