可降解海绵的制备及其吸附性能的研究

陈晶晶，张从阳

(武汉工业学院化学与环境工程学院，湖北武汉430023)

人造海绵作为一种日常生活用品，已经有几十年的历史［1］。现在市场上销售的海绵类用品，主要是由聚氨酯和聚苯乙烯制备而成，不但其生产过程会污染环境，而且废弃后的海绵很难降解［2-3］。人造海绵的原料主要来源于石油，随着石油资源的不断减少，原料来源也将是一个严重的问题［4］。进入二十一世纪后，人们对环保有了进一步的认识，势必要有一种新的环保型海绵将其替代。

本文选用魔芋葡甘露聚糖(Konjac Glucomannan，简称KGM)来制备海绵。魔芋葡甘露聚糖是继淀粉和纤维素之后一种较丰富的可再生天然高分子资源，可通过对魔芋葡甘露聚糖疏水改性，再进行交联反应制备新型可降解的海绵，并且可将它用于污水处理中对有机物的吸附，可减轻有机废水产生的环境污染问题，产生良好的社会效益。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

1.1.1 仪器

电子分析天平、数控超声波清洗器、真空干燥箱、紫外-可见光分光光度计、智能数显恒温水浴锅。

1.1.2 试剂

魔芋粉，乙醇，氢氧化钠，氢氧化锂，硫脲，硫酸钠，对硝基苯胺，氨基磺酸胺，N-(1-萘基)乙二胺盐，甲醇。

1.2 制备过程

1.2.1 疏水性脱乙酰基魔芋葡甘露聚糖(DKGM)的制备

将40 g的魔芋精粉分散于240 mL的40%乙醇溶剂中，在25℃下搅拌溶胀30 min，加入氢氧化钠0.7 g，在50℃温度下恒温反应12 h，中止反应。过滤出样品，用含乙醇30%水溶剂进行清洗数次，将样品放入干燥箱于100℃烘干到恒重。

1.2.2 可降解海绵的制备

配置一定浓度的NaOH/LiOH/硫脲溶液(质量比为7∶2∶7)50 g，向其中加入2.5 g疏水性脱乙酰基魔芋葡甘露聚糖，搅拌均匀，放入冰箱中冷冻，温度控制在-5至-12℃，待其凝固之后取出解冻，在白色固体溶解之前加入28 g成孔剂(Na2SO4)，搅拌均匀，倒入模具中成型之后放入冰箱，保持给定温度，老化两天左右。将老化后的产品放入由稀硫酸、Na2SO4、Al2(SO4)3配成的凝固浴中再生，洗涤，自然风干。再将烘干之后的产品放入足量热水中洗涤，自然风干即为成品。

1.2.3 可降解海绵对对硝基苯胺的吸附效果测定

取浓度为10.0 mg/L的对硝基苯胺溶液于100 mL烧杯中，将适量所制海绵产品放入烧杯中，每隔30 min取样，测定对硝基苯胺的浓度变化。

2 实验结果与分析

2.1 海绵形貌特征

图1a是第一次试验时的烘干后海绵的形态，由于烘干温度过高的缘故，所制备出来的海绵呈现碎片状，不能成型。图1b是制备后自然风干的海绵形态，可见制备出来的海绵富有弹性，有一定的机械强度，符合海绵的基本形貌特征。

图1 实验制备的可降解海绵

2.2 吸附效果的测定

根据方法进行吸附效果的测定，所得结果如图2所示。通过图2中曲线可知，对硝基苯胺的浓度随时间逐渐下降，可知所制备的海绵对对硝基苯胺的吸附效果较好，在150 min内吸附降解效率可达80%。

图2 对硝基苯胺浓度随时间变化曲线

3 结论

根据实验结果，可知采用可降解的高分子化合物，如类似纤维素的魔芋葡甘露聚糖来制备可降解海绵是可行的。所制作出来的海绵不仅环保，而且有较强的吸附有机物(比如对硝基苯胺)的能力。对魔芋葡甘露聚糖进行脱乙酰基疏水改性能够提高它的吸附性能，它吸附效率可达80%，这一方面是因为脱乙酰基魔芋葡甘露聚糖分子链有较好的伸缩性，分子链内有充足的自由体积吸收储存大量的对硝基苯胺分子;另一方面是脱乙酰基魔芋葡甘露聚糖含有丰富的羟基，与对硝基苯胺分子通过氢键结合，发生多层氢键吸附。

［1］ 庞杰，林琼，张甫生，等.魔芋葡甘露聚糖功能材料研究与应用进展［J］.结构化学，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.