[发明专利]一种α‑Al2O3‑植物纤维复合材料及其制备与应用

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种负载α型三氧化二铝纳米颗粒的植物纤维复合材料及其制备方法，以及作为干燥剂的应用。

(二)背景技术

干燥剂是日常生活中常使用的物件。目前市场上的干燥剂各种各样。根据内装材料可分为：硅胶干燥剂、活性炭干燥剂、氯化钙干燥剂、氧化铝干燥剂、石灰干燥剂等，其广泛应用于食品、药品、电子产品、服装鞋帽等行业领域。干燥剂是为了控制环境中的相对湿度、防止物品受潮。目前市场上的干燥剂吸湿率低、吸附能力有限，甚至有可能造成环境污染。植物纤维是一种数量大、可再生资源，同时其具有的多孔结构具有良好的吸附性能；Al₂O₃是地壳中含量非常丰富的一种氧化物。Al₂O₃有许多同质异晶体，根据研究报道的变种有10多种，主要有3种：α-Al₂O₃、β-Al₂O₃、γ-Al₂O₃。其中α-Al₂O₃是最稳定的一种无色晶体粉末，其吸水率极好。

目前已有将植物纤维半碳化的专利方法，其主要的植物纤维原料是稻草、麦秸秆或玉米秆。将植物纤维半碳化后，其表面碳化，内部具有植物纤维的韧性，同时兼具纤维的多孔吸附性。将稻草放入马弗炉炉膛中室温升温至310℃保温30min，随炉降温至室温即得到半碳化稻草纤维，其碳化比比例约为30％。植物纤维断面孔尺寸为50～250μm，纤维外层完全碳化，由互相连通的孔所组成，孔壁厚度为100nm左右，空洞面积比例占总面积70％以上。

目前已有制备α型三氧化二铝纳米颗粒的专利方法。在本发明制备方法中直接使用纳米粒子成品。

(三)发明内容

本发明的目的是制备一种干燥剂，将极具吸水性α型三氧化二铝纳米颗粒负载在有吸附性能的植物纤维上，制成的成品具有的优点在于：防潮性能好，可吸附有害气体，可重复使用。该发明原料来源广泛，成本低廉，无污染，工艺简单，实现绿色生产。

本发明的技术方案如下：

一种α-Al₂O₃-植物纤维复合材料，按如下方法制备得到：

(1)以天然植物枝条为原料，在低氧(氧气含量≤1％)或无氧环境中，升温至所述天然植物枝条的着火点～低于着火点20℃的温度范围内进行碳化30～120min，之后降至室温，得到半碳化植物纤维；

所述天然植物枝条为稻草、麦秸秆或玉米秆；其中，所述稻草的着火点为313℃、麦秸秆的着火点为330℃、玉米秆的着火点为344℃；

(2)将α型Al₂O₃纳米颗粒以料液质量比1：2-4溶解于去离子水中，得到Al₂O₃胶体；将步骤(1)所得半碳化植物纤维浸渍于Al₂O₃胶体中，在20-30℃、30-40KHz超声条件下搅拌2-4h，然后静置(24h)，过滤，洗涤，收集固体物质，在惰性气体(如氩气)保护下，于100-150℃烘箱中干燥，得到所述α-Al₂O₃-植物纤维复合材料。

本发明中，所述α型Al₂O₃纳米颗粒可按照已知方法进行制备，例如参考冯勋,李冠峰,尹卫东,郭文博,王利亚.一种α型纳米三氧化二铝粒子的制备方法[P].河南：CN102951662A,2013-03-06.专利中记载的方法。

本发明所述室温为20～30℃。

本发明制得的α-Al₂O₃-植物纤维复合材料可作为干燥剂用于吸附水分及有害气体(如甲醛)。并且，使用过的产品可在惰性气体流动条件下高温(120℃)干燥后重复使用，重复使用的次数通常为10～12次。

本发明的有益效果在于：本发明使用的植物纤维来源广泛，半碳化后，其表面形成碳化层，内部仍具有韧性，并且兼具多孔吸附性。α型三氧化二铝纳米颗粒具有极强的吸水性。将α型三氧化二铝纳米颗粒负载到半碳化的植物纤维上后，制得的产品具有良好的防潮功能，同时植物纤维具有的多孔结构可以吸附环境中的有害物质。三氧化二铝作为吸水剂，在吸水后不会发生体积的改变，因此不会堵塞植物纤维的孔道，不对植物纤维载体的吸附性能产生影响。吸潮后的干燥剂可在惰性气体流动条件下高温干燥，重复使用。