潤濕性可控的氧化石墨烯殼聚糖復合膜的制備

1、最新資料推薦潤濕性可控的氧化石墨烯殼聚糖復合膜的制備摘 要】利用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)氧化石墨烯和殼聚糖混合溶液的pH ,并通過簡單的一步真空抽濾法制備出 具有不同潤濕性的氧化石墨烯 /殼聚糖復合膜。 經(jīng)過測試， 證 實不同 pH 的混合液制備的復合膜在空氣中水的接觸角、水油的接觸角以及粘附力均呈現(xiàn)類拋物線狀變化。關(guān)鍵詞】氧化石墨烯；殼聚糖； pH 調(diào)節(jié)；潤濕性可0 前言 氧化石墨烯是石墨烯最重要的衍生物之一，兩者均有二維碳網(wǎng)結(jié)構(gòu) 1 ，不同的是氧化石墨烯表面及邊緣處連接有大 量的含氧活性基團，如羥基、環(huán)氧基及羧基等。因此，氧化石墨烯具有較強的親水性，而且可以通過氫鍵、離子鍵、共價鍵等與其它分子、

2、離子以及聚合物相互作用2。5殼聚糖在稀酸溶液中溶解的本質(zhì)是氨基質(zhì)子化形成聚合物陽離子，它在水溶液中的表觀酸度解離常數(shù)（pKa）為6.26.5，其溶解具有pH響應(yīng)性：當pHpKa時，氨基去質(zhì)子化，殼聚糖難以溶解 3 。將氧化石墨烯和殼聚糖混合，在合適的 pH 和組分比例，可以達到分子水平的均勻分散，而且其分散程度受殼聚糖溶解性的影響也具有 pH 響應(yīng)性 4 ：pH 為酸性時， 殼聚糖 質(zhì)子化并吸附于氧化石墨烯表面使其層間分子受到氨基離 子的排斥力而達到良好分散； pH 為中性時，殼聚糖與氧化 石墨烯作用力較弱，殼聚糖不能完全吸附反而起到交聯(lián)氧化 石墨烯的作用，使其不易分散； pH 較高時，氨基去

3、質(zhì)子化， 殼聚糖分子間氫鍵成為主導作用力，會使氧化石墨烯聚集嚴 重，分散程度減弱 5 。不同 pH 的混合溶液通過真空抽濾合成的氧化石墨烯 /殼聚糖復合膜， 由于表面組分及表觀電荷不 成潤濕性（水的接觸角、水下油的接觸角和粘附力）不同的 膜，實現(xiàn)潤濕性可控。同潤濕性也有差別。因此，可以通過控制混合溶液的pH 合1 實驗過程 采用改進的 Staudenmaiers 方法與超聲波聯(lián)合作用制備氧化石墨烯 6 ，配制成 1mg/mL 的氧化石墨烯懸浮液；將殼 聚糖溶解在 0.05M 的稀鹽酸中，配制成 2mg/mL 的溶液；將定量的氧化石墨烯懸浮液與殼聚糖溶液混合攪拌，用1mol/L的氫氧化鈉和鹽酸調(diào)

4、節(jié)混合液的 pH,制備一系列不 同 pH 的混合液并測試其 Zeta 電位；利用真空抽濾裝置進行 抽濾得到一系列復合膜，在室溫下晾干。將不同 pH 混合液真空抽濾制備的復合膜用單片手術(shù)刀切開制備成條狀樣品，測試樣品在空氣中水（液滴大小為卩L）和水下油（1, 2-二氯乙烷，液滴大小為 2卩L）的接觸角。將樣品固定在液池底端并加滿水，將銅帽浸在水下，通 過微量注射器在銅帽上加入 10卩L的油滴，控制微電子天平的底座，向上移動使銅帽上的液滴接觸復合膜，先向上移動2mm，再向下移動，使液滴和復合膜分開。根據(jù)測試曲線，將重量轉(zhuǎn)化成粘附力。每個樣品條測試五個點，每個pH 選取三個樣品條測試，記錄結(jié)果并求取

5、平均值。2 結(jié)果與分析2.1 Zeta 電位測試 通過氫氧化鈉和鹽酸調(diào)節(jié)氧化石墨烯殼聚糖混合溶液的pH ,不同pH混合溶液對應(yīng)的Zeta電位如圖1:圖 1 不同 pH 的氧化石墨烯殼聚糖混合溶液對應(yīng)的表面電勢表面電勢高于 35mV 或者低于 -35mV 的懸浮液由于靜電排斥作用而形成良好的分散。由圖 1 可知，當混合液的 pH8時，Zeta電位約為-10mV，混合液內(nèi)各組分發(fā)生聚沉難以分 散。2.2 不同復合膜在空氣中水的接觸角圖 2 是不同復合膜在空氣中水的接觸角的曲線圖。由圖可知，不同復合膜在空氣中水的接觸角不同，接觸角隨pH變化呈拋物線狀：pH為68的較為中性的混合液抽濾制備的復合膜在空

6、氣中水的接觸角最高（約為69.91.1）；pH較低的酸性環(huán)境下抽濾制備的膜， pH 越低，空氣中水的接觸角越低（ pH 為 1.10 時，最低為 31.43.4）；pH 較高的 堿性環(huán)境下抽濾制備的膜， pH 越高，空氣中水的接觸角越 低（pH 為 12.97 時，最低為 31.3 3.1） O圖 2 不同 pH 的氧化石墨烯殼聚糖混合液抽濾膜在空氣中水的接觸角pH 較低時，混合液中殼聚糖的質(zhì)子化程度較高，氧化石墨烯的電離程度較低，殼聚糖陽離子吸附在氧化石墨烯表 面使其顯示電正性，混合液由于陽離子之間的正電排斥作用均勻分散，抽濾后形成均勻的復合膜表面帶極性正電荷，顯 中殼聚糖去質(zhì)子化，氧化石墨

7、烯電離程度高，因此抽濾后復 合膜表面羧基離子含量高，顯示親水性， pH 越高親水性質(zhì) 越明顯； 6pH8 的較為中性的條件下，殼聚糖質(zhì)子化生成 氨基正離子，同時氧化石墨烯電離生成羧基負離子，兩者會 發(fā)生正負電荷吸附使其分散不均勻，極性氨基與羧基相互作 用而消耗，因此抽濾成膜的表面極性較低，所以親水性較差示親水性質(zhì)， pH 越低親水性質(zhì)越明顯；pH 較高時，混合液仍然為親水性膜） O2.3 不同復合膜在水下油的接觸角 圖 3 不同 pH 的氧化石墨烯殼聚糖混合液抽濾膜在水下油的接觸角圖3是不同復合膜在水下油接觸角的曲線圖。由圖可知，不同復合膜在水下油（ 1 ， 2-二氯乙烷）的接觸角隨 pH 變化呈類拋物線狀： pH 為 6 8 的較為中性的混合液抽濾制備的 復合膜在水下（下轉(zhuǎn)第 27 頁）（上接第 7 頁）油的接觸角最 低（約為 103.61.4）； pH 較低的酸性環(huán)境下抽濾制備的 膜，pH越低，水下油的接觸角越高（pH為1.10時，最高為157.82.5）；pH 較高的堿性環(huán)境下抽濾制備的膜， pH 越 高，水下油的接觸角越高（ pH 為 12.97 時，最低為 166.1 1.9 ）。親水的材料表面在水下會覆蓋一層水膜，與非極性的油接觸時顯示疏油性質(zhì)，材料在空氣