[发明专利]一种超吸水性半纤维素气凝胶及其制备方法

说明书

本发明属于生物质材料技术领域，公开了一种超吸水性半纤维素气凝胶及其制备方法。所述制备方法为：将半纤维素与聚乙二醇分别用氢氧化钠溶液溶解后混合；得到半纤维素/聚乙二醇混合溶液；然后将交联剂缓慢添加入半纤维素/聚乙二醇混合溶液中，40～80℃微波辅助交联0.5～12h，超纯水洗涤后干燥，得到所述超吸水性半纤维素气凝胶。该方法操作简单、效率高。本发明产物表面形状完整，无收缩，内部呈现高度交联的致密多孔结构，拥有可重复的超吸水能力，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物质材料技术领域，具体涉及一种超吸水性半纤维素气凝胶及其制备方法。

背景技术

超吸水材料是指在自由润胀的情况下具有吸附并保持大量水分的能力，可用于污水处理、重金属吸附或制备吸水性生活用品等。目前使用最广泛的吸水材料是石油基吸水性树脂，主要是由丙烯酸或丙烯酰胺等单体经过交联而制备得到。然而，随着石油等不可再生资源的过度消耗以及环境污染问题的日益严重，开发与设计“全天然”超吸水材料已成为现在研究的重点与热点。

气凝胶是一种可通过共价键、氢键、范德华力等作用相互交联而形成的具有三维网络结构的聚合物，具有孔隙多、密度小、质量轻、结构介观尺度上可控等优点，常被用作吸水材料。

全球每年形成的生物质达1800亿吨，其中，以植物形式存在的木质纤维生物质含量居首，是生物质转化利用的主要对象。半纤维素是植物纤维原料的主要成分之一，是一群复合聚糖的总称，在自然界中的含量仅次于纤维素，因富含活性羟基而具有强亲水性。然而，由于半纤维素结构异质且聚合度低，故无法直接制备得到具有完整形状和优异吸水能力的凝胶材料。

关于由半纤维素制备超吸水性气凝胶的研究已有较多报道，主要是使用交联剂将合适的乙烯基或丙烯酸单体接枝共聚到半纤维素的表面，但反应过程复杂、能耗高、不经济，且用于接枝聚合的单体不易生物降解。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种超吸水性半纤维素气凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的超吸水性半纤维素气凝胶。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种超吸水性半纤维素气凝胶的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)分别将半纤维素与聚乙二醇溶解于氢氧化钠溶液后混合；得到半纤维素/聚乙二醇混合溶液；

(2)将交联剂缓慢滴加入步骤(1)所得半纤维素/聚乙二醇混合溶液，40～80℃微波辅助交联0.5～12h，超纯水洗涤后干燥，得到所述超吸水性半纤维素气凝胶。

优选地，所述半纤维素可来自山毛榉、玉米芯、蔗渣、桉木或竹子。

优选地，步骤(1)所述氢氧化钠溶液浓度为1％～10％。

优选地，步骤(1)所述的聚乙二醇分子量为400～6000g/mol。

优选地，所述交联剂为戊二醛、环氧氯丙烷、N,N-亚甲基双丙烯酰胺或京尼平。

优选地，步骤(2)所述聚乙二醇与交联剂同半纤维素中无水木糖单元的摩尔比为(0.5～4):(1～8):1。

优选地，所述干燥方式为自然干燥、烘箱干燥或冷冻干燥。

一种超吸水性半纤维素气凝胶材料，通过以上方法制备得到。