[发明专利]一种生物基多孔材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种生物基多孔材料及其制备方法和应用，属于材料制备领域。该材料包括气凝胶、金属有机框架/纤维素纳米晶复合体，所述金属有机框架/纤维素纳米晶复合体分散在气凝胶中。本发明通过将带有正电荷的金属有机框架材料接枝于纤维素纳米晶表面形成金属有机框架/纤维素纳米晶复合体，通过构建该复合体降低纤维素纳米晶整体电荷量，一方面促使纤维素纳米晶进行自组装，形成稳定的微观自组装结构，另一方面，降低纤维素纳米晶的团聚，使纤维素纳米晶尖端部分的多孔结构得以利用，进而提升材料对气体/离子的吸附效果。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种生物基多孔材料及其制备方法和应用。

背景技术

气凝胶是一种具有高比表面积的纳米多孔材料，由水凝胶或者有机凝胶干燥后得到，具有低密度、高孔隙率的优点。纤维素纳米晶是一种天然的、可再生的和来源丰富的棒状纳米材料，具有高长径比和化学修饰活性。

目前通常采用溶胶-凝胶法制备纤维素纳米晶气凝胶，即需要先制备凝胶，再干燥得到其气凝胶，通过将金属有机框架/纤维素纳米晶引入气凝胶结构，最大化利用其中的孔隙，提高气体吸附率。传统方法制备的纤维素纳米晶气凝胶由于纤维素纳米晶本身的刚性结构以及自身存在的大量氢键，使得材料本身呈现脆性，难以进行实际应用，故需采用具有柔性长链结构的高分子材料对气凝胶进行改性，进而获得机械性能适宜的可用气凝胶。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种生物基多孔材料。

本发明的目的之二在于提供一种生物基多孔材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种生物基多孔材料作为离子或气体吸附剂的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种生物基多孔材料，所述材料包括气凝胶、金属有机框架/纤维素纳米晶复合体，所述金属有机框架/纤维素纳米晶复合体分散在气凝胶中。

优选的，所述气凝胶由海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇中任一种交联制得。

优选的，所述金属有机框架/纤维素纳米晶复合体中金属有机框架为含羧酸类配体金属有机框架、含氮杂环类配体金属有机框架、含氮杂环羧酸配体金属有机框架中一种。

优选的，所述金属有机框架/纤维素纳米晶复合体中纤维素纳米晶表面修饰有羧基、氨基、醛基中的任一种基团。

优选的，所述金属有机框架/纤维素纳米晶复合体在所述生物基多孔材料中的质量百分比为5％-20％，金属有机框架材料在所述金属有机框架/纤维素纳米晶复合体中的质量百分比为4％-40％。

一种生物基多孔材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)调节表面功能化修饰的纤维素纳米晶悬浮液的pH值至6-7，加入有机配体至所述有机配体完全溶解，得混合液A，将金属离子溶液加入所述混合液A中，搅拌至反应结束后取固相，洗涤，烘干，研磨得金属有机框架/纤维素纳米晶复合体；

(2)将所述金属有机框架/纤维素纳米晶复合体加入柔性链高分子溶液中，混匀后加入交联剂，调节pH至4-6，再次混匀后抽真空除气，加热后真空冷冻干燥即得。

优选的，步骤(1)中所述表面功能化修饰的纤维素纳米晶为表面修饰有羧基、氨基、醛基中的任一种基团；步骤(2)中所述柔性链高分子为海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇中一种。

优选的，步骤(1)中所述有机配体为均苯三甲酸、2-甲基咪唑或对苯二甲酸中一种，步骤(1)中所述金属离子溶液中金属离子为亚铁离子、锌离子或锆离子中一种，步骤(2)中所述交联剂为戊二醛。

优选的，步骤(2)中所述加热后真空冷冻干燥具体为：75℃下加热3h后在-54℃下进行真空干燥处理。