再生纤维素微球的制备及其吸附亚甲基蓝和叶酸负载

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.240073

摘要/Abstract

摘要：

以微晶纤维素（MCC）的尿素/NaOH溶液为分散相，通过乳液法制备了不同粒径的再生纤维素微球（RCM），考察了RCM对亚甲基蓝吸附行为，并探讨了再生纤维素微球对叶酸（FA）的负载性能。扫描电子显微镜（SEM）结果表明，制备的RCM表面结构粗糙，内部呈一定的中空结构； X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）结果表明，RCM晶型由Ⅰ型变为Ⅱ型，微球的粒径随转速增大而减小，转速由400 r/min提高至转速1200 r/min时，粒径从286 μm降至27 μm，减小了约90.56%；随水油体积比（V（MCC）∶V（LP））的减小而减小，V（MCC）∶V（LP）从1∶3降至1∶7时，粒径从311 μm降至54 μm，减小了约82.64%；随乳化剂质量分数（w（span-80））的增加而减小，当w（span-80）为0.5%时，粒径约为276 μm，增大w（span-80）至2.5%时，粒径降至52 μm左右，减小了约81.16%。 RCM用于吸附亚甲基蓝时，72 h，吸附达到平衡； pH值为10时，吸附能力最强，吸附量为6.11 mg/g；当RCM用量为50 mg时，单位吸附量达到最大值，为4.78 mg/g，符合拟一级吸附动力学模型，吸附过程主要为物理吸附。再生纤维素负载叶酸微球（FCM）的具体负载率可达到98.8%，FCM有效提高了叶酸的储藏稳定性，5 d保留率为74.71%，相对于纯叶酸相比提高了34.7%。

关键词: 再生纤维素, 微球, 吸附, 亚甲基蓝, 叶酸

Abstract:

Regenerate cellulose microspheres （RCM） with different particle sizes are prepared by an emulsion method， a urea/NaOH solution of microcrystalline cellulose （MCC） was used as the dispersant phase. Both the adsorption behavior of RCM for methylene blue and its and the loading performance for folic acid （FA） is investigated. Scanning electron microscopy （SEM） results reveal that the prepared RCM has a rough surface structure and exhibits a certain degree of internal hollow structure. X-ray diffraction （XRD） and Fourier transform infrared spectrometer （FT-IR） analyses indicate a transition in crystal type from type Ⅰ to type Ⅱ of cellulose. The particle size of RCM decreased as the rotation speed increased， diminishing by approximately 90.56% from 286 to 27 μm when the rotation speed rised from 400 to 1200 r/min. Additionally， decreasing V（MCC）∶V（LP） from 1∶3 to 1∶7 leads to a reduction in particle size by about 82.64%， decreasing from 311 to 54 μm. Furthermore， increasing emulsifier （w（span-80）） dosage results in the decrease of particle size. The particle size is around 276 μm at w（span-80） of 0.5%， which decreased to approximately 52 μm as w（span-80） increasing up to 2.5%. The adsorption of methylene blue reached equilibrium at 72 h. The maximum adsorption capacity occurs at pH=10 with an up take value of 6.11 mg/g. When the dosage of RCM is 50 mg， the maximum sorption capacity reaches 4.78 mg/g. The adsorption process is primarily surface-based according to the hypothetical first-order adsorption kinetics of RCM. For RCM loading FA microspheres on， a specific loading rate as high as 98.8% can be achieved. The application of regenerated cellulose-loaded FA microspheres effectively improves the storage stability of FA with a retention rate of 74.71% 5 days storage at 70 ℃， showing an increase of 34.7% compared to pure FA.

Key words: Regenerated cellulose, Microspheres, Adsorption, Methylene blue, Folic acid

中图分类号:

O636

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图/表 11

图1 不同V（MCC）∶V（LP）条件下制备的RCM与MCC的XRD曲线（转速800 r/min、w（span-80）=2%）

Fig.1 SEM images of RCM prepared with different V（MCC）∶V（LP） and XRD pattern of MCC （speed 800 r/min， w（span-80）=2%）

图2 MCC及RCM的FT-IR谱图

Fig.2 FT-IR spectra of MCC and RCM

图3 转速400 （A）、600 （B）、800 （C）、1000 （D）和1200 r/min （E）下制备的RCM的SEM图及转速对微球粒径的影响（F）（V（MCC）∶V（LP）=1∶5、w（span-80）=2%）

Fig.3 SEM images of RCM prepared at speeds of 400 （A）， 600 （B）， 800 （C）， 1000 （D） and 1200 r/min （E） and the effect of speed on particle size （F）（V（MCC）∶V（LP）=1∶5， w（span-80）=2%）

图4 V（MCC）∶V（LP）=1∶3 （A）、1∶4 （B）、1∶5 （C）、1∶6 （D）和1∶7 （E）条件下制备的再生纤维素微球的SEM图及V（MCC）∶V（LP）对微球粒径的影响（F）（转速为800 r/min、w（span-80）=2%）

Fig.4 SEM images of regenerated cellulose microspheres prepared at V（MCC）∶V（LP）=1∶3 （A）， 1∶4 （B）， 1∶5 （C）， 1∶6 （D） and 1∶7 （E） and the effect of water-oil ratio on particle size （F）（speed 800 r/min， w（span-80）=2%）

图5 w（span-80）=0.5% （A）、1% （B）、1.5% （C）、2% （D）和2.5% （E）条件下制备的RCM的SEM图及span-80质量分数对微球粒径的影响（F）（转速为800 r/min、V（MCC）∶V（LP）=1∶5）

Fig.5 SEM images of RCM prepared at w（span-80） is 0.5% （A）、1% （B）、1.5% （C）、2% （D）、2.5% （E） and the effect of emulsifier dosage on particle size （F）（speed 800 r/min， V（MCC）∶V（LP）=1∶5）

图6 吸附时间（A）、pH值（B）、RCM用量（C）对RCM吸附MB吸附量的影响及吸附效果（D）

Fig.6 The influence of adsorption time （A）， pH （B） and the amount of RCM （C）， on the MB adsorption capacity of regenerated cellulose microspheres and the change of adsorption （D）

图7 RCM粒径对RCM吸附效果的影响（A）；拟一级动力学模型线性拟合曲线（B）；拟二级动力学模型线性拟合曲线（C）

Fig.7 Effect of RCM particle size on RCM （A）； Linear fitting curves for the Pseudo-First-Order kinetic model （B）； Linear fitting curves for the Pseudo-Second-Order kinetic model （C）

表1 动力学模型方程以及相关参数

Table 1 Dynamic model equations and related parameters

RCM particle size/μm	Dynamical model	Equation	k	q_e	R²
27	pseudo-first-order model	lg（q_e-q_t ）=0.5546-0.0265t	0.060 96	3.585 9	0.916 2
27	pseudo-second order reaction	t/q_t =810.3-13.92t	0.239 4	0.071 8	0.428 6
153	pseudo-first-order model	lg（q_e-q_t ）=0.7367-0.0242t	0.055 78	5.453 8	0.838 4
153	pseudo-second order reaction	t/q_t =814.91-14.15t	0.246 2	0.070 6	0.438 1
311	pseudo-first-order model	lg（q_e-q_t ）=0.4423-0.02391t	0.055 06	2.769 1	0.835 5
311	pseudo-second order reaction	t/q_t =98.14-1.055t	0.111 3	0.947 9	0.367 4

图8 RCM负载FA的FT-IR谱图

Fig.8 FT-IR spectra of FA loaded on RCM

图9 RCM负载FA的XRD谱图

Fig.9 XRD spectra of FA loaded on RCM

图10 FA负载率随时间变化图（A）；纯FA与FCM中FA含量随时间变化（B）

Fig.10 Diagram of FA loading capacity varying with time （A）； Changes in FA content with time in FA raw materials and FA loaded onto RCM samples （B）

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