[发明专利]一种二氧化硅竹原纳米纤维素复合气凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种二氧化硅竹原纳米纤维素复合气凝胶的制备方法，属于气凝胶领域。

背景技术

气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。它具有纳米级的多孔结构和高孔隙率等特点，是目前所知密度最小的固体材料之一。纤维素气凝胶作为新生的第三代材料，超越了硅气凝胶和聚合物基气凝胶，在具备传统气凝胶特性的同时融入了自身的优异性能，如良好的生物相容性和可降解性，在制药业、化妆品等方面具有很大的应用。

纤维素凝胶具备很高的多孔率及比表面积，在干燥过程中受毛细管压力作用，容易引起收缩、毛细管张力和破裂。因此，选择合适的干燥方式是制备纤维素至关重要的一步。常用干燥方法包括超临界干燥、冷冻干燥和常压干燥，其中超临界CO₂干燥是比较常用的干燥方法，因为它可以避免毛细管作用力，不会破坏固态机构，但过程相对复杂。

发明内容

本发明主要解决的技术问题：针对目前纤维素气凝胶具有高度多孔的结构，但是其非常脆弱、挤压或吸收过程中网络结构容易被损坏，限制其应用的问题，提供了一种二氧化硅竹原纳米纤维素复合气凝胶的制备方法，本发明将竹原纳米纤维和二氧化硅冷凝液为原料，加入氨水进行反应，用真空冷冻干燥仪干燥得气凝胶。本发明制备的二氧化硅冷凝胶可以深入竹原纳米纤维的π键附近，发生电子云的相互重叠，从而改善了纤维素热稳定性，增强气凝胶的抗压强度和耐磨性，而且生成的气凝胶有很高的多孔率和比表面积，使其具有广泛的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）取3～5kg竹料加工车间的铣削废料，倒在阴凉通风处的地面上均匀摊开，使其呈疏松状态，自然晾干过夜，再将通风晾干过夜的废料放入烘箱，在105～110℃下烘干至恒重，最后放入粉碎机中粉碎并过120目标准筛，制得竹粉；

（2）称取500～600g竹粉放入索式抽提器中，用苯乙醇混合液抽提4～6h，其中苯和无水乙醇的体积比为2:1，将抽提物放入浓度为0.5mol/L亚氯酸钠溶液中，水浴升温至70～80℃保温反应1～2h后过滤，再将滤渣放入布氏漏斗，依次用浓度为0.5mol/L的氢氧化钾溶液和去离子水洗涤抽滤5～7次，分离得到滤渣为竹原纤维；

（3）取30～50g竹原纤维放入1～1.5L蒸馏水中，倒入匀浆机以800～900r/min的转速高速匀浆处理10～20min后移入超声破碎机中，对竹原纤维的薄壁细胞进行超声破碎40～50min；

（4）将超声破碎处理后的竹原纤维移入超高压纳米均质机，以50～100MPa的压力，在30～40℃下均质处理5～7次，每次处理1～2h，制得竹原纳米纤维；

（5）按摩尔比为1:3:8将正硅酸乙酯、蒸馏水和无水乙醇进行混合，再用浓度为0.6mol/L的硝酸调节pH至6～7，连接冷凝回流器，水浴升温至55～65℃冷凝回流1～2h，收集冷凝液；

（6）将50～100g步骤（4）制得的竹原纳米纤维浸入300～500mL上述制备得到的冷凝液中，加入30～50mL浓度为1.5mol/L氨水，密封静置反应2～3天，用去离子水洗涤去除残余反应液后注入塑料模具中，用真空冷冻干燥仪进行冷冻干燥后，脱模，即得一种二氧化硅竹原纳米纤维素复合气凝胶。

本发明的应用方法：本发明制得的二氧化硅竹原纳米纤维素复合气凝胶密度为5.8～7.2mg/cm³，气凝胶的孔径直径为15～25nm，接触角为129.3～135.6°，具有很好的亲油性，可以作为有机试剂吸收剂和吸油材料，将本发明制备的气凝胶按2～3g/L加入到有机溶剂混合物中，2～5min后有机溶剂吸收率能够达到99.2～99.6%，饱和吸收达到自身重量的50～53倍。

本发明的有益效果是：

（1）本发明制备的二氧化硅冷凝胶可以深入竹原纳米纤维的π键附近，发生电子云的相互重叠，从而改善了纤维素热稳定性，增强气凝胶的抗压强度和耐磨性；

（2）本发明生成的气凝胶有很高的多孔率和比表面积，使其具有广泛的应用前景。

具体实施方式