[发明专利]一种生物质基水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物质基水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：配制共熔溶剂：将氯化胆碱和尿素；或者是，氯化胆碱和乙酸，混合搅拌加热直至形成澄清液体；生物质预处理：将生物质粉粉碎，清洗干净后干燥，然后与共熔溶剂混合，制成改性生物质备用；取丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和改性生物质，用水溶解，加热条件下搅拌均匀，形成第一混合溶液；将过硫酸钾和N，N'‑亚甲基双丙烯酰胺用水溶解，形成第二混合溶液；合成生物质基水凝胶：所述第一混合溶液加热至30～35℃时，加入所述第二混合溶液，加热搅拌直至体系温度达到128～130℃，溶液成型，然后停止加热，冷却。本发明的生物质基水凝胶能够用于对多种染料的吸附，吸附能力强。

技术领域

本发明涉及水凝胶技术领域，具体涉及一种生物质基水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水凝胶是具有丰富三维网络的聚合物，可通过物理或化学方法交联合成，不溶于许多不同的溶剂，因为它们存在亲水性基团，如羟基(-OH)、羧基(-COOH)、硫酸基团(-SO3H)和咪唑环等，可在水或生物流体中吸收10％至数千倍的干重，使它们具有类似软组织的物理特性。

聚合物水凝胶由于聚合物链的化学或物理交叉连接，可以容纳大量的水，同时保持结构。然而，由于高含水量，水凝胶表现出较差的机械强度，使其不适合几种生物医学和工业应用。为了克服这一问题，传统的化学交联是通过增加交联密度来提高水凝胶的强度。尽管有尝试，不规则的交联模式和广泛的链长分布往往使聚合物水凝胶机械薄弱。自愈是水凝胶的吸引人的特性之一，因为它可以提高水凝胶材料的安全性、寿命、能量效率和环境影响。然而，自愈能力大多降低了水凝胶的机械强度，严重限制了水凝胶的应用。因此，有必要在各组分之间的化学和物理相互作用之间保持适当的平衡，以获得具有高机械强度和更好的自愈能力的水凝胶。为了克服这些问题，引入了双网络聚合物(刚性共价交联和松散的非共价交联网络)水凝胶的设计。曾等人报道了一种AA-AM的壳聚糖基水凝胶，以提高机械强度，其中AM在系统中提供了一个松散的非共价交联网络，以达到预期的性能。虽然它们在提高水凝胶的力学和自愈性能方面取得了成功，但第二网络上第一网络的多种影响因素和复杂的合成过程限制了它们的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中水凝胶自愈能力大和机械强度上的性能难以兼顾而限制了水凝胶的应用的缺陷，提供一种生物质基水凝胶，该生物质基水凝胶能够用于对多种染料的吸附，吸附能力强。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生物质基水凝胶的制备方法，其包括以下步骤：

配制共熔溶剂：将氯化胆碱和尿素；或者是，氯化胆碱和乙酸，混合搅拌加热直至形成澄清液体；

生物质预处理：将生物质粉碎，清洗干净后干燥，然后与共熔溶剂按照质量比为1：(15～20)的比例混合，在温度为120～130℃的条件下混合处理2～3 小时，再加入水搅拌处理，然后洗涤、过滤、干燥，制成改性生物质备用；

制备第一混合溶液：取丙烯酰胺、丙烯酸、氢氧化钠和改性生物质，用水溶解，加热条件下搅拌均匀，形成第一混合溶液；

制备第二混合溶液：将过硫酸钾和N，N'-亚甲基双丙烯酰胺用水溶解，形成第二混合溶液；

合成生物质基水凝胶：所述第一混合溶液加热至30～35℃时，加入所述第二混合溶液，加热搅拌直至体系温度达到128～130℃，溶液成型，然后停止加热，冷却。

进一步的，在配制共熔溶剂步骤中，氯化胆碱与尿素的摩尔比为1：2，氯化胆碱与乙酸的摩尔比为1：2。

进一步的，在配制共熔溶剂步骤中，加热温度为80～90℃，加热时间为1～ 2小时。

进一步的，在生物质预处理步骤中，生物质与共熔溶剂按照质量比为1：20，混合温度为120℃的混合处理2小时，所述生物质为松子壳。