可降解海綿的制備及其吸附性能的研究

陳晶晶，張從陽

(武漢工業學院化學與環境工程學院，湖北武漢430023)

人造海綿作為一種日常生活用品，已經有幾十年的歷史［1］。現在市場上銷售的海綿類用品，主要是由聚氨酯和聚苯乙烯制備而成，不但其生產過程會污染環境，而且廢棄后的海綿很難降解［2-3］。人造海綿的原料主要來源于石油，隨著石油資源的不斷減少，原料來源也將是一個嚴重的問題［4］。進入二十一世紀后，人們對環保有了進一步的認識，勢必要有一種新的環保型海綿將其替代。

本文選用魔芋葡甘露聚糖(Konjac Glucomannan，簡稱KGM)來制備海綿。魔芋葡甘露聚糖是繼淀粉和纖維素之后一種較豐富的可再生天然高分子資源，可通過對魔芋葡甘露聚糖疏水改性，再進行交聯反應制備新型可降解的海綿，并且可將它用于污水處理中對有機物的吸附，可減輕有機廢水產生的環境污染問題，產生良好的社會效益。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

1.1.1 儀器

電子分析天平、數控超聲波清洗器、真空干燥箱、紫外-可見光分光光度計、智能數顯恒溫水浴鍋。

1.1.2 試劑

魔芋粉，乙醇，氫氧化鈉，氫氧化鋰，硫脲，硫酸鈉，對硝基苯胺，氨基磺酸胺，N-(1-萘基)乙二胺鹽，甲醇。

1.2 制備過程

1.2.1 疏水性脫乙酰基魔芋葡甘露聚糖(DKGM)的制備

將40 g的魔芋精粉分散于240 mL的40%乙醇溶劑中，在25℃下攪拌溶脹30 min，加入氫氧化鈉0.7 g，在50℃溫度下恒溫反應12 h，中止反應。過濾出樣品，用含乙醇30%水溶劑進行清洗數次，將樣品放入干燥箱于100℃烘干到恒重。

1.2.2 可降解海綿的制備

配置一定濃度的NaOH/LiOH/硫脲溶液(質量比為7∶2∶7)50 g，向其中加入2.5 g疏水性脫乙酰基魔芋葡甘露聚糖，攪拌均勻，放入冰箱中冷凍，溫度控制在-5至-12℃，待其凝固之后取出解凍，在白色固體溶解之前加入28 g成孔劑(Na2SO4)，攪拌均勻，倒入模具中成型之后放入冰箱，保持給定溫度，老化兩天左右。將老化后的產品放入由稀硫酸、Na2SO4、Al2(SO4)3配成的凝固浴中再生，洗滌，自然風干。再將烘干之后的產品放入足量熱水中洗滌，自然風干即為成品。

1.2.3 可降解海綿對對硝基苯胺的吸附效果測定

取濃度為10.0 mg/L的對硝基苯胺溶液于100 mL燒杯中，將適量所制海綿產品放入燒杯中，每隔30 min取樣，測定對硝基苯胺的濃度變化。

2 實驗結果與分析

2.1 海綿形貌特征

圖1a是第一次試驗時的烘干后海綿的形態，由于烘干溫度過高的緣故，所制備出來的海綿呈現碎片狀，不能成型。圖1b是制備后自然風干的海綿形態，可見制備出來的海綿富有彈性，有一定的機械強度，符合海綿的基本形貌特征。

圖1 實驗制備的可降解海綿

2.2 吸附效果的測定

根據方法進行吸附效果的測定，所得結果如圖2所示。通過圖2中曲線可知，對硝基苯胺的濃度隨時間逐漸下降，可知所制備的海綿對對硝基苯胺的吸附效果較好，在150 min內吸附降解效率可達80%。

圖2 對硝基苯胺濃度隨時間變化曲線

3 結論

根據實驗結果，可知采用可降解的高分子化合物，如類似纖維素的魔芋葡甘露聚糖來制備可降解海綿是可行的。所制作出來的海綿不僅環保，而且有較強的吸附有機物(比如對硝基苯胺)的能力。對魔芋葡甘露聚糖進行脫乙酰基疏水改性能夠提高它的吸附性能，它吸附效率可達80%，這一方面是因為脫乙酰基魔芋葡甘露聚糖分子鏈有較好的伸縮性，分子鏈內有充足的自由體積吸收儲存大量的對硝基苯胺分子;另一方面是脫乙酰基魔芋葡甘露聚糖含有豐富的羥基，與對硝基苯胺分子通過氫鍵結合，發生多層氫鍵吸附。

［1］ 龐杰，林瓊，張甫生，等.魔芋葡甘露聚糖功能材料研究與應用進展［J］.結構化學，2003，22(6)：633-642.

［2］ Koroskenyi B， McCarthy S.Synthesis of acetylated konjac glucomannan and effect of degree of acetylation on water absorbency［J］.Biomacromolecules，2001，2：824-826

［3］ Pang J，Sun Y，Yu Z，et al.Dynamics Study of the Influence of Temperature on Konjae Glucomannan Saline Solution'S Viscosity［J］.Chinese J Struct Chem，2008，27：394-398

［4］ Yin，Zhang H.Rheological properties of aqueous konjac glucomannan dispersions and its mixtures with soybean protein isolate［J］.J Cent South Univ Techn，2007，1：493-497.