[发明专利]一种核壳型二氧化钛@羧基壳聚糖纳米微粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳型二氧化钛@羧基壳聚糖纳米微粒的制备方法，是以离子液体反应制备的锐钛矿型纳米二氧化钛和羧基壳聚糖为原料，通过CTAB阳离子改性二氧化钛、磷酸盐的离子凝胶化作用和高分子助剂的交联组装而制得。本发明的方法操作简便、绿色环保，制备的核壳型纳米微粒能有效避免纳米二氧化钛对载体的光腐蚀，由于羧基壳聚糖的氨基和羧基能分别结合纳米二氧化钛的光生电子与空穴，显著增强了二氧化钛的光催化性能，且核壳型纳米微粒表面存在静电斥力，克服了纳米颗粒易团聚的缺陷，应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种核壳型二氧化钛@羧基壳聚糖纳米微粒的制备方法，属于功能性纳米材料制备技术领域。

背景技术

壳聚糖是自然界储量第二大生物质资源甲壳素脱乙酰化后的产物，是自然界唯一的天然阳离子碱性氨基多糖，具有来源广、可再生、成本低、生物相容性好、可降解、无毒害等优势。但是其本身难溶于水，可溶于酸性溶液，而酸溶液腐蚀性强，污染环境。羧基壳聚糖是壳聚糖经过氧化体系选择性氧化后的产物，其特点是C6位上的部分羟基被氧化为羧基而其余官能团不变，且羧基壳聚糖具有水溶性好、化学反应性高、生物活性好的独特优势。

纳米羧基壳聚糖由于纳米尺寸效应，具有更高的比表面积、反应活性、吸附性。离子凝胶法是制备羧基壳聚糖纳米颗粒的一种简单迅速的方法，能在温和条件下生成粒径几十至数百纳米的颗粒，不使用有机溶剂和醛类交联剂，工艺简单，条件可控性好，易于规模化生产，得到的羧基壳聚糖纳米颗粒稳定性好、粒径均匀。其反应原理是：酸性条件下，羧基壳聚糖氨基质子化带正电荷，与磷酸盐(三聚磷酸钠、焦磷酸钠)带负电荷的磷酸基团离子键交联。羧基壳聚糖是长链大分子，多处离子键交联共同作用使长链断开并各自缠绕成球，形成纳米尺寸的羧基壳聚糖微粒。

二氧化钛是人们熟知的一种N型半导体光催化材料，与其他半导体光催化材料相比，有着明显的优势：(1)氧化还原能力较强，能够降解很多有机污染物；(2)具有较高的紫外光利用率；(3)化学性能稳定；(4)吸附性能较好，能够吸附多种有机污染物；(5)制备成本低且无毒[张彩云.微波辅助法制备TiO₂及壳聚糖硫酸盐微球及其在染料脱色中的研究.东华大学,2018]。因此，人们对于二氧化钛在光催化领域的研究和应用也越来越多。二氧化钛三种晶型(金红石、板钛矿和锐钛矿)中，板钛矿应用较少。锐钛矿与金红石相比，具有更高的禁带宽度、更多的晶格缺陷和和错位、较小的尺寸及较大的比表面积，因而光催化效果更好[宁伟伟.二氧化钛纳米纤维材料的制备及其对甲醛的光催化降解性能.东华大学,2017]。但纳米二氧化钛还存在以下问题：由于高比表面积和小尺寸，极易团聚；光催化过程中起主要作用的电子和空穴容易复合，影响光催化效果；其光催化反应是自发且无选择性的，在分解污染物的同时也会造成依附载体的严重腐蚀。