纤维球的技术论文
纤维球是由纤维丝扎结而成的球形滤料，它与传统的钢性滤料相比，具有弹性效果好，不上浮水面，空隙大，工作周期长，水头损失小等优点。下面是小编整理的纤维球的技术论文，希望你能从中得到感悟!
纤维球的技术论文篇一
纤维素磁性微球制备进展
摘要：作为一种新型的、环保的磁性微小颗粒，纤维素磁性微球以其环境友好、原材料来源丰富、生物相容性好等诸多优点逐渐受到人们的青睐。然而，截至目前，纤维素磁性微球的研究仅处在零星的制备和初级使用阶段，尚未建立系统成熟理论。本文以当前一定量文献为基础，对纤维素磁性微球的制备进行探讨，综述了现阶段纤维素磁性微球的制备方法并展望了纤维素磁性微球的未来发展方向。
关键词：纤维素磁性微球;制备方法;未来展望
前言
以纤维素为磁性载体的纤维素磁性微球(MCMS)作为惰性材料高分子微球的一种，具有质地坚硬、球形结构良好和生物相容性好等优点。纤维素是世界上分布最广、含量最丰富的一类天然高分子化合物，广泛存在于棉花、亚麻、木材、细菌等生物中，具有价格低廉、环境友好、可再生等优点。纤维素是由葡萄糖单元通过(-1,4苷键连接起来，分子内存在着大量的羟基，在结晶度较低的情况下本身就是一种优良的吸附剂，可以除去废水中的染料及重金属[1]。磁性技术已应用于各行各业中，它是一种借助磁场力对外物进行作用的一种技术。在人们的不断研究进程中，纤维素磁性微球复合材料逐渐应用于食品中的微生物检测、医药方向的药物运输等领域。
近年来，随着环境污染引发的人类健康和生活中面临的食品安全问题形势日益严峻，发展以纤维素为磁性载体的功能微球材料正成为纤维素材料科学研究的热点。本文以纤维素磁性微球的全方位研究为目的，综述了纤维素磁性微球各方面研究的最新进展，并对磁性微球的制备方法、磁性微球的磁性表征、磁性微球的应用领域做了概括性描述。
1 纤维素磁性微球的制备方法
天然高分子磁性微球包括纤维素磁性微球通常都是以纤维素为外壳、磁性颗粒包埋在壳内为核的核-壳式结构。纤维素磁性微球按纤维素来源可分为植物纤维素磁性微球和细菌纤维素磁性微球，由于植物纤维素和细菌纤维素有不同的结构和存在形式，它们磁性微球的制备方法也存在很大的差异。以下分别对植物纤维素磁性微球和细菌纤维素磁性微球的制备方法分别进行阐述。
1.1 植物纤维素磁性微球的制备
植物纤维素作为自然界中最大的有机资源，与无机磁性粒子的复合有着相对较多的研究，其制备方法多种多样。纤维素磁性微球的性质不仅与构成磁性微球中纤维素的分子量等本身性质有关，还与磁性微球的制备方法有关。因此，制备方法的研究十分重要。目前植物纤维素磁性微球的物理和化学制备方法主要有溶胶-凝胶转相法、反相悬浮包埋法、原位共沉淀法、反相悬浮聚合法。
1.1.1 溶胶-凝胶转相法
溶胶-凝胶转相法是比较简单的一种操作方法，首先把纤维素溶解在纤维素良溶剂中，在纤维素完全溶解的基础上加入磁性无机粒子机械搅拌制备磁性纤维素溶液，再把磁性纤维素溶液加入到乳化剂中搅拌固化成型，最终可制得磁性纤维素微球。其操作步骤可分为两步：磁性纤维素溶液的制备和纤维素磁性微球的制备。用这种方法制备纤维素磁性微球操作步骤简单，耗时短，且制得的磁性纤维素微球具有良好的流动性能和机械性能，用途广泛。
Zhang[2]等以植物纤维素和铁钴镍超顺磁性无机粒子为原料，以碱/尿素或硫脲的水溶液为溶剂，在-12(C~-5(C的环境下向溶剂中加入铁钴镍磁性粒子，然后再加入纤维素，并以200~1000r/min搅拌溶解纤维素后，进行低速离心脱泡和除杂质，制得了磁性纤维素溶液。然后将磁性纤维素溶液分散于Twin-80和Span-80组成的复合乳化剂中，搅拌至分散均匀并在常温下固化1-10hr成形。继续加入稀硫酸即在下层沉淀出了纤维素磁性微球。得到的纤维素磁性微球经表征发现其表面呈多孔蜂窝状结构，比表面积为100~450m2/g，孔径在200-800nm，粒径在1-600(m。并且发现磁性微球的表面为羟基功能集团，便于表面衍生化制备用于生物蛋白质分离、生物材料载体、血液净化吸附剂和荧光微球等特定的功能性材料。
用溶胶-凝胶转相法得到的纤维素磁性微球其整个过程只发生了物理变化，并且所用到的有机溶剂经过简单的分离即可重复使用。纤维素磁性微球表面只有羟基，无残留其它基团和吸附其他试剂，一定程度上保持了纤维素微球的洁净。但是制得的纤维素磁性微球粒径相对较大且分布不均匀，这可能是此种制备方法存在的缺点。
1.1.2 反相悬浮包埋法
反相悬浮包埋法是把以纤维素为溶质的良溶液和制备的磁流体放入搅拌的盛有一定量乳化剂并不断搅拌的混合体系中，经过一定时间冷却即可制得纤维素磁性微球。在制备的过程中，通过搅拌可使纤维素分布在外侧、无机磁性粒子包埋在内侧，形成一种核-壳式的纤维素磁性微球结构。反相悬浮包埋法的操作步骤通常分为三步：纤维素溶液的制备，磁流体的制备和纤维素溶液和磁流体的混合。用这种方法得到的磁性微球其粒径分布均匀，分散性好，磁性应性强。
王树森[3]等首先以纤维素和甲基氧化吗啉溶液以重量比5~10:100混合均匀得到了纤维素溶液，再在质量分数为8%的FeCl2溶液中，加入10倍FeCl2重量份的聚乙二醇作为乳化剂，之后加入H2O2把Fe2+氧化为Fe3+，并用6NNaOH溶液调节pH至10.5，放置在50~60(C环境中，得到磁流体。最后再把上述制备的两种溶液在Span80的液体石蜡溶液中搅拌6~15min，改变温度和搅拌速度继续搅拌，最终得到了纤维素磁性微球。经表征发现，用这种方法得到的纤维素磁性微球粒径分布在3~5(m，磁性微球粒径小且比较均匀，分散性也比较好，磁强为20G.S。
李欣[4]等在500ml烧瓶中，以100ml泵油和20ml氯苯混合液为分散介质，125mg油酸钾和20ml磁性粘胶液为分散剂，90(C搅拌40min，固化即可制得纤维素磁性微球。研究发现这种微球呈珠状，平均粒径小于300(m、粒径分布宽度指数低于1.4、湿态孔度约85%~90%。并且此种方法得到的纤维素磁性微球纤维素对磁性无机粒子的包覆率和纤维素磁性微球的收率也相对比较高。
用反相悬浮包埋法制得的纤维素磁性微球的粒径不仅和方法本身有巨大的关系，还与磁流体的生成方式和使磁流体与纤维素溶液混合均匀方式有关，阎立峰[5]等以Fe2+被H2O2氧化为Fe3+、再调节溶液pH为磁流体的制备方式，并在磁流体与纤维素磁性微球的混合过程中用超声波使之分散均匀制备纤维素磁性微球，最终制得了分散性极好且粒径30~50nm的磁性微球。
反相悬浮包埋法是利用包埋技术及高速乳化的方法制备粒径相对均匀的磁性微球，此种方法原理简单但操作步骤较多，比较适合制备功能吸附材料。
1.1.3 原位共沉淀法
原位共沉淀法是将预先制得的纤维素微球加入到含有Fe2+和或Fe3+的溶液中，利用微球的吸附作用把粒子吸附在纤维素微球的表面，最后用NH3(H2O或NaOH调节溶液的pH，致使无机磁性粒子沉降在纤维素微球表面，生成了纤维素磁性微球。这种方法主要可分为两个过程：纤维素微球的制备和纤维素微球/磁性无机粒子的共沉降。
罗晓刚[6]等先用溶胶-凝胶转相过程制备出纤维素微球，再把纤维素微球加入一定量配比FeCl3 (6H2O 和FeCl2(4H2O(摩尔比：Fe3+：Fe2+=2:1)的溶液中，抽真空至10mmHg。1h后通过抽吸加入计量为25%的氨水溶液，移除真空升温至60(C，并在此温度下反应30min，最终可生成沉淀的纤维素磁性微球。经过表征发现，这种方法制得的平均粒径为6.0(m，且发现随着Fe3O4的增加，纤维素磁性微球的密度增加而膨胀度减小。因此，纤维素磁性微球的物理性质可以通过Fe3O4的含量来简单控制。性质的差异可通过表1看出。
陈中兰[7]等用原位共沉淀法制成了大孔球形纤维素基磁性阴离子交换树脂，以大孔纤维素阴离子交换树脂为原料，在一定量配比FeCl3 (6H2O 和FeCl2(4H2O的溶液中加入NaOH，最终制成了大孔球形纤维素基磁性阴离子交换树脂。并且研究发现这种树脂与传统阴离子交换树脂相比可以提高树脂的吸附速度、提高固液分离程度、改善操作效率，还能使工业溶液的离子交换与树脂分离、再生一体化[8]。
用这种方法制成的纤维素磁性微球可以控制无机磁性粒子的生长及磁性作用，这是因为纤维素微球的孔作为微反应器可以决定磁性粒子的尺寸。用这种方式合成出来的磁性粒子对微球的磁诱导迁移和提高微球的靶向传递和释放均起重要作用。
1.1.4 反相悬浮聚合法
反相悬浮聚合法主要用来合成纤维素衍生物复合磁性微球，这种衍生化的纤维素中含有碳碳双键，在溶液存在引发剂和无机磁性粒子的条件下，可以聚合直接生成纤维素衍生化磁性微球。这种合成磁性微球的方法主要是为了对纤维素进行改性，期望得到更优良的功能性材料。
陈日清[9]等将定量的微晶纤维素、烷基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、N-羟甲基丙烯酰胺、环己烷、四氧化三铁粉末和去离子水混合，搅拌均匀，升温至60(C，并以过硫酸铵为引发剂，升温至反应温度并保温1h。冷却至室温过滤出料即可得到微晶纤维素丙烯酸酯复合磁性微球。经过表征发现，微球的矫顽力为173Oe，饱和磁化强度和饱和磁化密度随着Fe3O4质量分数的降低而降低。
1.2 细菌纤维素磁性微球的制备
许多微生物都能合成纤维素，这种由微生物合成出来的纤维素就是细菌纤维素。细菌纤维素与植物纤维素相比，纤维素的纯度更高，而且具有更高的分子量和结晶度[10]。细菌纤维素与无机磁性粒子复合制成的细菌纤维素磁性微球也拥有较好的抗张强度、高弹性模量、高持水性、良好的生物相容性和稳定性，因此，开展细菌纤维素磁性微球的研究具有十分重要的意义。细菌纤维素主要的存在形式是细菌的细胞壁，细菌纤维素的获得一般只能通过培养基接种细菌进行培养搜集细菌细胞壁得到。由此发展起来的生物发酵法就是制备细菌纤维素磁性微球最常用的方法。
1.2.1 生物发酵法
生物发酵法是将无机磁性粒子加入已接种细菌的培养基中，在对培养基进行搅拌、流动水浸泡、洗涤等一系列操作，控制培养时间即可得到一定量的细菌纤维素磁性微球。用这种方法得到的纤维素磁性微球能更好的用作功能性生物医药材料。
贾士儒[11]等首先采用共沉淀法制得了纳米级Fe3O4，然后将纳米级Fe3O4与发酵培养基分别灭菌后混合，并以6%的接种量接种木葡萄酸醋杆菌，30(C、160r/min培养1-4d，最终得到了细菌纤维素磁性微球。经过表征发现，这种纤维素磁性微球直径达到1-4mm，且随着培养天数的增多，细菌纤维素磁性微球的直径也逐渐增大。如表2所示：
用这种方法生产细菌纤维素磁性微球整个操作过程不需要有机溶剂，不会污染环境。且制得的细菌纤维素磁性微球中Fe3O4分布均匀可广泛用作固定化酶或细胞的载体等生物工程中。
未来展望
纤维素磁性微球作为一种新型的有机-无机复合材料具有特殊的物理、化学性质，特定环境下拥有特殊的功能，由于其性能优势和巨大的应用潜力，正吸引着国内外越来越多学者的高度关注。关于纤维素磁性微球的进一步研究工作可在以下展开：
(1)纤维素磁性微球的制备方法：纤维素磁性微球的制备方法虽然不少，然而纤维素磁性微球制备过程中磁性无机粒子的损失量大，造成磁性微球的产率较低。另外，采用不同方法制得的纤维素磁性微球的尺寸不同，在制备磁性微球时，得到的磁性微球的尺寸往往有不确定性。制备过程在此情形上，发展新的、环境友好的制备方法对于提高纤维素磁性微球的研究有重要意义。
随着高分子材料学、电磁学、医学、生物工程学的进一步发展，人们对环境质量的不断提高，推动了纤维素磁性微球的基础研究和应用研究工作，将使纤维素磁性微球的研究进入了一个新的发展阶段。(作者单位：郑州大学材料科学与工程学院)
参考文献：
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