潤濕性可控的氧化石墨烯殼聚糖復合膜的制備

1、文檔收集于互聯(lián)網(wǎng)，已重新整理排版.word版本可編輯.歡迎下載支持.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 下油的接觸角以及粘附力均呈現(xiàn)類拋物線狀變化?！娟P鍵詞】氧化石墨烯；殼聚糖；pH調節(jié)；潤濕性可 控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)結構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)氧基及竣基等。因此，氧化 石墨烯具有較強的親水性

2、，而且可以通過氫鍵、離子鍵、共 價鍵等與其它分子、離子以及聚合物相互作用2。殼聚糖在稀酸溶液中溶解的本質是氨基質子化形成聚 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響應性：當pHpKa時，氨基去質 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 下，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響應性：pH為酸性時，殼聚糖 質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

3、不易分散；pH較高時，氨基去質子化, 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 同潤濕性也有差別。因此，可以通過控制混合溶液的pH合 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。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Img/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 一定量的氧化石墨烯懸浮液與殼聚糖溶液混合攪拌，用 lmol/L的氫氧化鈉和鹽酸

4、調節(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刀 切開制備成條狀樣品，測試樣品在空氣中水（液滴大小為2 UL）和水下油（1, 2-二氯乙烷，液滴大小為2 UL）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 UL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，記錄結果并求

5、取平均值。2結果與分析2.1 Zeta電位測試通過氫氧化鈉和鹽酸調節(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 的復合膜在空氣中水的接觸角最高（約

6、為69.9±1.1。）； 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31.4±3.4。）； 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。）。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 示親水性質，pH越低親水性

7、質越明顯；pH較高時，混合液 中殼聚糖去質子化，氧化石墨烯電離程度高，因此抽濾后復 合膜表面竣基離子含量高，顯示親水性，pH越高親水性質 越明顯；6<pHv8的較為中性的條件下，殼聚糖質子化生成 氨基正離子，同時氧化石墨烯電離生成竣基負離子，兩者會 發(fā)生正負電荷吸附使其分散不均勻，極性氨基與峻基相互作 用而消耗，因此抽濾成膜的表面極性較低，所以親水性較差 （仍然為親水性膜）。2.3 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68的較為中性的混合液抽濾制備的 復合膜在水下（下轉第27頁）（上接第7頁）油的接觸角最 低（約為103.6±1.4° ）； 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 157.8±2.5° ）； 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土 1.9° ）o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，材料在空氣中越親水，在水下就越疏 油。因此，pH為6