海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备及其对硫酸钙的截留
两种海藻酸钙膜的制备及吸水性能.
第26卷第4期高分子材料科学与工程Vol.26,No.4 2010年4月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGApr.2010两种海藻酸钙膜的制备及吸水性能郝晓丽,夏延致,王兵兵,纪全,孔庆山,隋坤艳(青岛大学纤维新材料与现代纺织国家重点实验室培育基地,山东青岛266071摘要:分别采用冷冻干燥法和自然晾干法制备海藻酸钙膜材料,考察比较了两种海藻酸钙膜材料的形貌及吸水性能。
海藻酸钙自然晾干膜为无色透明膜,冻干膜为白色海绵膜,且冻干膜与晾干膜相比具有开放、贯通的多孔结构,其孔径介于100L m ~200L m 之间。
海藻酸钠质量百分比含量为2%时,晾干膜和冻干膜对蒸馏水的吸水率分别为78.7%和985.0%,经3500r /min 离心3min 后保水率分别为42.5%和81.8%,两膜材料均具有较好的重复使用性能,其中反复吸水2放水4次后冻干膜的吸水率仍高达869.4%。
关键词:海藻酸钙;冷冻干燥;多孔膜;吸水性能中图分类号:TB383 文献标识码:A 文章编号:100027555(20100420143203收稿日期:2009207221基金项目:国家自然科学基金资助项目(50673046通讯联系人:夏延致,主要从事阻燃纤维及海藻纤维的研究, E 2mail:polymer@海藻酸钠是从海带等褐藻中提取的一种天然多糖,是由a 2L 2古罗糖醛酸和B 2D 2甘露糖醛酸经a (1-4糖苷键构成的一种无规线型嵌段共聚物[1]。
作为一种聚阴离子电解质,海藻酸钠分子链中含有大量游离的羧基和羟基,与金属离子有较强的络合能力,能够通过络合及离子交换,与Ca 2+等多价金属阳离子形成稳定的螯合物,海藻酸钙的/蛋2盒0结构模型[2]。
鉴于海藻酸盐类良好的成膜性、安全性和可降解性能,其在食品、医药、纺织印染等众多领域已经得到广泛的应用[3~5]。
近年来,海藻酸盐在医用敷料、细胞培养、释控载体及水处理等领域的应用研究已成为热点课题,为了提高吸水及吸附性能、增加比表面积和利于细胞组织附着,通常要求高分子膜材料具有开放的多孔结构。
海藻酸钙水凝胶纤维的制备及应用
海藻酸钙水凝胶纤维的制备及应用
孙艳玲;张鹏超;王妮
【期刊名称】《纺织科学研究》
【年(卷),期】2014(000)004
【摘要】通过水动力纺丝法,制备了连续稳定、结构均匀的海藻酸钙水凝胶纤维,分析了不同参数对水凝胶纤维直径的影响,制备了包裹有细胞的水凝胶纤维,细胞在水凝胶纤维中能够有效存活与生长,表明其可以用于细胞培养.
【总页数】4页(P108-111)
【作者】孙艳玲;张鹏超;王妮
【作者单位】东华大学中国科学院化学研究所;东华大学中国科学院化学研究所;东华大学中国科学院化学研究所
【正文语种】中文
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硫酸钙(石膏)在海藻酸、卡拉胶等凝胶中的应用
硫酸钙（石膏）在海藻酸、卡拉胶中的应用综述荆门市磊鑫石膏制品有限公司官波张杰海藻胶、卡拉胶作为水凝胶材料已被广泛的应用生产生活中的各行各业。
海藻酸无毒、无臭，水溶液粘度高，能与二价金属阳离子迅速反应形成凝胶，并且具有良好的生物相容性，原料丰富、易得且价格低廉，这使它不仅在食品、纺织、造纸、医药、化妆品等工业具有广泛的用途；同时在近年来发展迅速的组织工程领域中也有一定的应用[1]，如应用于骨修复和细胞及酶的固定等。
卡拉胶用作天然食品添加剂已有多年的历史，它是一种无害而又不能被人消化的植物纤维，卡拉胶广泛应用于食品行业如可可奶、冰激凌、速溶咖啡、果冻、果汁饮料、牛奶布丁、炼乳、奶酪制品、婴儿奶制品、酸奶、糖果、罐头、豆酱、面包等的制造中，用于啤酒澄清、制作人造蛋白质和人造肉或制作保健食品等。
卡拉胶亦可用于日用化工行业如牙膏、润肤制品、洗发香波、洗涤剂、空气清新剂、水彩颜料、陶瓷制品等的加工制作。
卡拉胶还大量用于医药行业，如作为微生物培养基、缓释胶囊/片剂、药膏基、鱼肝油乳化剂等[2].硫酸钙作为钙盐，在食品加工中可用于蛋白质、海藻胶、钙敏型低甲基果胶、钙敏型卡拉胶和魔芋精粉（魔芋胶）制造凝胶食品（除蛋白质食品外都为纤维食品）的凝固剂。
1.海藻酸及其盐简介海藻酸钠是FDA批准用于生物医学领域的天然生物材料之一。
它可以从巨藻、海带、叶藻、鹅掌菜、爱森藻、马尾藻、墨角藻等中提取，是B．D．甘露糖醛酸(M单元)和a．L．古洛糖醛酸(G单元)无规链接的共聚物。
2.海藻酸及其盐与硫酸钙的相互作用一价离子和镁离子不能参与海藻酸钙凝胶的形成。
海藻酸和二价离子亲和力依次为：Pb2+>Cu2+>Cd2+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Co2+=Ni2+=Zn2+>Mn2+。
其中除了Cd2+和Ni2+，海藻酸钙凝胶的强度随亲和力的增加而增加，这些离子中大部分离子有毒性，如Pb2+、Cu2+、Cd2+等，因此最常用的还是Ca2+离子[3]。
氧化石墨烯-海藻酸钙改性复合水凝胶膜的特性及其对典型污染物的去除效果与机制探究
氧化石墨烯-海藻酸钙改性复合水凝胶膜的特性及其对典型污染物的去除效果与机制探究氧化石墨烯/海藻酸钙改性复合水凝胶膜的特性及其对典型污染物的去除效果与机制探究近年来，水污染问题日益严重，对水资源的保护和净化成为全球关注的焦点。
为了解决水污染问题，许多研究者一直在探索新的材料和技术。
氧化石墨烯和海藻酸钙是两种具有良好性能的材料，通过将它们结合起来，可以制备出复合水凝胶膜，以提高水污染物的去除效果。
氧化石墨烯是一种由碳原子组成的二维材料，具有高度的导电性、热稳定性和机械强度。
而海藻酸钙是一种天然高分子多糖，具有良好的吸附性能和生物可降解性。
通过氧化石墨烯和海藻酸钙的改性，可以增强复合水凝胶膜的吸附能力和稳定性，使其成为一种高效的水处理材料。
首先，我们通过实验制备了氧化石墨烯/海藻酸钙复合水凝胶膜。
制备过程中，首先将氧化石墨烯和海藻酸钙分散在溶液中，然后通过冻融法将其固定在水凝胶膜中。
通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪等分析手段，我们发现复合水凝胶膜具有均匀的纳米孔结构和较大的比表面积，这有利于水污染物的吸附。
接下来，我们进行了对典型污染物的去除效果实验。
选择了苯酚和亚甲基蓝作为模拟污染物进行研究。
实验结果表明，氧化石墨烯/海藻酸钙复合水凝胶膜对苯酚和亚甲基蓝的去除率分别达到了90%以上。
并且，复合水凝胶膜在不同PH值和温度下的去除效果稳定，表现出良好的应用前景。
进一步研究发现，氧化石墨烯/海藻酸钙复合水凝胶膜的去除机制主要包括物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附是通过孔隙结构和表面电荷吸附污染物，而化学吸附是通过氧化石墨烯和海藻酸钙的官能团与污染物之间的化学反应实现的。
这两种吸附机制的协同作用使得复合水凝胶膜的去除效果更为显著。
综上所述，氧化石墨烯/海藻酸钙复合水凝胶膜具有优异的吸附性能和稳定性，适用于水污染物的去除。
通过对典型污染物的实验研究，我们发现复合水凝胶膜对苯酚和亚甲基蓝的去除效率较高。
同时，我们也揭示了复合水凝胶膜的吸附机制，为进一步提高水净化技术的研发提供了理论依据。
海藻为基础的水凝胶的制备与应用研究
海藻为基础的水凝胶的制备与应用研究近年来，随着环境问题日益凸显，人们对可持续发展和绿色生产方式的需求越来越迫切。
在这样的背景下，海藻为基础的水凝胶材料因其绿色、可再生和生物降解等优点，逐渐成为了研究热点。
本文将介绍海藻水凝胶的制备方法和应用研究进展，并分析其未来的发展前景。
一、海藻水凝胶的制备方法目前，制备海藻水凝胶的方法主要有两种。
一种是通过化学反应使得海藻提取物中的多糖类化合物发生交联反应，形成水凝胶。
另一种是通过物理加工使得海藻提取物的多糖类物质在水溶液中自组装形成纳米网络，进而形成水凝胶。
1.化学反应法该方法早在20世纪30年代就已经被发明。
通常选择比较稳定的多糖类化学交联剂，如甲醛、硫酸钠等，在一定条件下与海藻提取物中的多糖类化合物发生交联反应，形成稳定的水凝胶。
2.自组装法在物理加工过程中，海藻提取物中的多糖类物质在水溶液中自组装形成纳米网络，进而形成水凝胶。
该方法不需要化学交联剂，制备过程中无需高温高压等条件，具有很高的环保性。
但是，由于藻酸、半乳糖银膜、海藻酸盐等多糖类物质的特殊结构，该方法制备的水凝胶的物理性质不如化学交联法制备的水凝胶稳定。
二、海藻水凝胶的应用研究进展海藻水凝胶的应用领域非常广泛，已经渗透到了食品、医药、生物工程、环境保护等多个领域。
下面将介绍海藻水凝胶在这些领域中的应用情况。
1.食品海藻水凝胶在食品中的应用主要是作为增稠剂、乳化剂、稳定剂等。
例如，它可以用于提高肉制品的质地、增加冰淇淋的稠度、防止果汁的分离等。
2.医药海藻水凝胶在医药领域中的应用主要是用于控制药物释放速度和延长药物在体内的半衰期。
3.生物工程海藻水凝胶在生物工程领域中的应用主要是作为细胞培养基、修复组织工程等。
4.环境保护海藻水凝胶在环境保护领域中的应用主要是治理水污染、吸附污染物等。
三、海藻水凝胶未来的发展前景随着环保意识的提高和技术的进步，海藻水凝胶已经成为了新型绿色材料的代表之一。
未来，随着对材料性能的深入理解和制备技术的不断完善，预计海藻水凝胶在食品、医药、生物工程、环保等领域的应用范围将进一步拓展。
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海藻酸钙水凝胶过滤膜的制备及其对硫酸钙的截留郑海燕;马敬环;赵孔银;黄海滨;刘莹;魏俊富;张新新【摘要】以尿素为致孔剂制备了海藻酸钙(CA)水凝胶过滤膜，测试了其通量、截留率和力学性能；通过扫描电子显微镜(SEM)观测其过滤硫酸钙前后的表面形貌.结果表明，增加尿素含量，均导致膜应力和应变的下降；而膜的纯水通量则迅速增大，尿素含量为3．0％(质量分数)时达到28．7 L/(m2·h)，为最大；0．2 MPa 下，过滤1．7 g/L 硫酸钙时对 Ca2＋和 SO 2－4的截留率分别为83％和92％，稳定通量达到21．7 L/(m2·h).%In this thesis,urea was used as a porogen to prepare calcium alginate (CA)hydrogel filtration mem-brane.Theflux,retention and mechanical properties of the CA filtration membrane were tested.The surface morphology of CA filtration membrane before and after filtrating calcium sulphate was observed by scanning e-lectron microscopy (SEM).Results showed that the stress and strain of the membrane reduced with the increase of urea content.When the concentration of urea was less than 2.5wt%,the water flux of membrane increased rapidly with the increase of urea content.When the urea was 3.0wt%,the flux reached 28.7 L/(m2 ·h).With the continue increase of the urea amount the flux increased little.When the pressure was fixed at 0.2 MPa,the retention rate of Ca2 + and SO 2 -4 for the CA filtration membrane was 83% and 92%,respectively.And the stable flux reached 21.7 L/(m2 ·h).【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】5页(P4144-4147,4152)【关键词】纳滤;海藻酸钙;尿素;硫酸钙;通量;截留【作者】郑海燕;马敬环;赵孔银;黄海滨;刘莹;魏俊富;张新新【作者单位】中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学环境科学与化学工程学院，天津 300387;中空纤维膜材料与膜过程省部共建国家重点实验室培育基地，天津 300387; 天津工业大学材料科学与工程学院，天津 300387【正文语种】中文【中图分类】TQ0281 引言具纳米级孔径的纳滤(NF)膜，操作压力较低而脱盐率较高，在海水软化处理中得到广泛应用［1］。
但其对钙离子的截留率一般只有60%左右，且易于污染造成通量下降，直接影响处理的效果，增加运行成本［2］。
良好的纳滤膜除应具有高的通量和脱除率外，还应具高的亲水性，以利于其抗污染［3］。
为此，国内外一些学者尝试以亲水凝胶作为膜涂层，应用在水处理中。
陈冰等［4］将聚乙烯醇(PVA)亲水凝胶涂在膜生物反应器陶瓷膜表面用于处理废水，结果表明通量增大，滤液的COD稳定在30 mg/L以下，反冲洗后通量恢复率达71%，膜滤与抗污染性能均明显优化。
Wang Xuefen等［5］将聚乙烯醇水凝胶涂覆在交联的静电纺聚乙烯醇(PVA)纳米纤维支撑层上，制备了一种新型的亲水性纳米纤维复合膜，用于油水分离，通量＞130 L/(m2·h)、对豆油截留率＞99.5%，明显高于一般的超滤膜;只是静电纺丝制备的纳米纤维难以规模化生产。
海藻酸盐可从海带或马尾藻提取，来源广泛，价格低廉。
海藻酸钠与钙离子形成的水凝胶［6］具有高的亲水性，抗污染能力强。
陈晓琳等［7］以聚砜为支撑层、戊二醛为交联剂、海藻酸钠为表面活性层，制备了新型的荷负电纳滤膜。
交联4 h 后对Na2 SO4，MgSO4，NaCl和MgCl2盐溶液的截留率分别为 87.2%，21.5%，32.0%和12.2%。
沈江南等［8］以聚丙烯腈(PAN)为基膜、戊二醛为交联剂、海藻酸钠为活性层，制备了荷负电复合纳滤膜。
0.6 MPa下对NaSO4和NaCl的截留率分别为88.8%和48.7%。
以海藻酸钠为活性层，二者制得的复合膜，截留效果良好，但戊二醛有毒、易挥发，对眼睛、皮肤有刺激作用，也会污染水体，造成环境危害。
本文以尿素为致孔剂制备自支撑海藻酸钙水凝胶过滤膜，并研究其力学性能和过滤性能［9］。
CaCl2作为交联剂，无毒无臭;海藻酸钙自支撑，不受膜基体和涂层限制，价低且可生物降解。
该膜作为一种新型的纳滤膜材料，可望在水处理领域得到应用。
2 实验2.1 实验药品与仪器2.1.1 实验药品海藻酸钠(SA，化学纯，10 g/L，20℃ 粘度≥0.02 Pa·s，国药集团化学试剂有限公司);尿素(分析纯，天津市光复科技发展有限公司);无水氯化钙(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司);硫酸钙(分析纯，天津市文达希贵试剂化工厂);乙二胺四乙酸二钠(分析纯，天津市佳兴化工玻璃仪器工贸有限公司);钙羧酸指示剂(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司);氢氧化钠(分析纯，天津市北方天医化学试剂厂)。
2.1.2 实验仪器精密电子天平(上海莱海仪器有限公司);LTY-06型强力机(莱州市电子仪器有限公司);S-4800场发射扫描电子显微镜(日本日立公司);离子色谱仪ICS-1100(赛默飞公司);膜通量评价装置(自制)。
2.2 海藻酸钙膜的制备分别称取一定量的SA和尿素，磁力搅拌配制成SA含量为2.5%，尿素含量分别为0.5% ～8%(质量分数)的铸膜液。
静置脱泡8 h后，用缠绕直径0.5 mm铜丝的玻璃棒在玻璃板上刮膜，经2.5%(质量分数)氯化钙溶液交联24 h，清水洗脱48 h去除膜中尿素，制得海藻酸钙(CA)过滤膜。
2.3 海藻酸钙膜的性能表征2.3.1 拉伸性能每种尿素含量的CA膜分别剪成10个5 mm×15 mm的样条，在25℃下以10 mm/min速度进行拉伸实验。
2.3.2 过滤性能采用自制膜通量评价装置，测量不同尿素含量CA膜对 1.7 g/L 硫酸钙(Ca2+浓度为 500 mg/L，SO2－4浓度为1 200mg/L)溶液的通量和截留率;同时测量纯水通量。
按式(1)计算Ca2+和SO2－4的截留率R式(1)中，C p和C f(g/L)分别为透过液和进料液Ca2+和 SO2－4的浓度。
按式(2)计算膜的纯水或硫酸钙水溶液的通量J式(2)中，V为渗透液体积(L)，t为过滤时间(h)，A为膜的有效面积(m2)。
Ca2+浓度采用EDTA 络合滴定法测定［10］，SO2－4浓度使用离子色谱仪测定。
2.3.3 微观表征将CA过滤膜和过滤硫酸钙溶液8 h后的CA过滤膜分别冷冻干燥24 h，喷金，用场发射扫描电镜观测其表面形貌。
3 结果与讨论3.1 膜的数码照片图1(a)为本实验制备的CA水凝胶过滤膜的数码照片。
可以看出其光滑透明，质地均匀。
该膜亲水性高，易制备，厚度可控在0.240 mm左右，易生物降解且无污染，是一种理想的环保有机过滤膜。
图1(b)为膜性能评价装置。
图1 CA膜的数码照片和膜性能评价装置图Fig 1 Digital photo for the CA membranes and evaluation apparatus3.2 膜的微观形貌表征尿素为水溶性小分子，是常用的膜致孔剂。
图2为尿素含量2.5%(质量分数)的CA 膜的SEM照片。
未使用过的CA过滤膜表面光滑平整(图2(a));高倍放大后膜表呈类似海绵状的凸凹不平(图2(b))。
图2 CA膜过滤前后的SEM照片Fig 2 SEM photos of CA membranes before and after filtration连续过滤硫酸钙溶液8 h后，CA膜表有大小不同、分布不均的截留物颗粒(图2(c));高倍放大后膜表截留颗粒清晰可见，可能是被截留钙离子和硫酸根离子形成的硫酸钙晶体，大小在20～50 nm(图2(d))。
3.3 膜的力学性能图3为SA浓度2.5%(质量分数)时，不同尿素含量的CA过滤膜的力学性能曲线。
可以看出，膜的应力和应变均随尿素含量的增加而减小。
应力在临近断裂极限值时迅速下降，表明膜韧性较小。
加入尿素后，CA膜的拉伸强度和断裂伸长率均有所降低，可能是膜体形成微孔结构的缘故［11］。
图3 不同尿素浓度下制备的CA过滤膜的应力-应变曲线Fig 3 The stress-strain curves of CAmembranes under different concentrations of urea3.4 膜的过滤性能图4 为不同压力下不同尿素含量的CA凝胶膜的纯水通量。
图4 不同尿素含量不同压力下CA凝胶膜的纯水通量Fig 4Water flux of CA filtration membranes under different pressures and urea contentsCA膜的纯水通量随着压力的增加而增大，在压力达到0.20 MPa时趋于稳定，是因为压力增加，膜压缩率增大，膜孔变小的缘故(见图4(a))。