[发明专利]蒙脱土微球和再生纤维素制备复合气凝胶的方法

说明书

本发明公开了一种蒙脱土微球和再生纤维素制备复合气凝胶的方法。利用碱尿素水溶液对纤维素进行溶解处理，得到纤维素溶液。将蒙脱土加入纤维素溶液中，通过碱溶液的作用剥离蒙脱土片层，并在纤维素包裹蒙脱土片层的同时，通过纤维素的凝胶化实现蒙脱土的自组装，形成微球，并最终获得负载蒙脱土微球的再生纤维素复合气凝胶。该复合气凝胶材料表现出良好的机械性能和吸附性能，具有较好的稳定性和再生利用性。

技术领域

本发明是关于有机/无机复合气凝胶材料的制备方法及应用领域，特别是关于一种蒙脱土微球和再生纤维素制备复合气凝胶的方法。

背景技术

纤维素是地球上最古老、丰富的天然高分子之一，主要来源于木材、棉花、麻、谷类植物和其他高等植物，是自然界取之不尽、用之不竭，人类最宝贵的天然可再生资源。大自然每年通过光合作用合成的纤维素约1×10¹²t，这是现有能源远不可及的。纤维素作为一种纤维状、多毛细管的立体规整性生物质资源，无毒、生物降解性好、抗水性好、安全环保，能以粉末状、膜状、片状及长短丝等多种形式存在，使得纤维素可作为基质材料广泛使用。

蒙脱土是一种硅酸盐土壤矿物，又称微晶高岭石。其分子结构为M_+y(Al_y,Mg_2-y)(Si₄)O₁₀(OH)₂·nH₂O，晶体结构为两层硅氧四面体之间夹一层铝氧八面体。蒙脱土具有负电荷和强阳离子交换特性，这使其成为一种能够吸附金属离子和有机染料的天然吸附剂。但初始的蒙脱土呈随机层状颗粒形态，其吸附能力有限且难以回收，限制了其在吸附中的实际应用。因此，将生物质材料(如纤维素)与蒙脱土微片层组装，调控蒙脱土微结构，形成生物质基复合吸附材料，将能有效提高吸附剂的可操作性、机械稳定性和吸附性能，是促进蒙脱土在环境领域实用性的有效途径。

复合材料的形态结构对吸附性能同样具有重要影响，气凝胶是一种高孔隙度的固体材料，具有超低密度、高孔隙率、大比表面积、高吸附能力、形状可控、可循环利用、无二次污染等优良特性。这些优点使气凝胶成为水处理的理想吸附剂。因此，将纤维素材料与蒙脱土复合构建气凝胶吸附材料，结合蒙脱土、纤维素基材和气凝胶结构的优点，开发具有高吸附性能、良好稳定结构的吸附材料，对促进资源再生利用和环境修复具有重要意义。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒙脱土微球和再生纤维素制备复合气凝胶的方法，其能够有效解决现有复合气凝胶力学性能弱，吸附能力差的问题。

为实现所述目的，本发明的实施例提供了蒙脱土微球和再生纤维素制备复合气凝胶的方法，以质量份数计，具体包括如下步骤：

将3-8份纤维素溶解于低温的92-97份碱尿素水溶液中，搅拌至完全溶解，得到纤维素溶液；

将0.3-3份蒙脱土加入到所述纤维素溶液中，并在低温环境下搅拌一段时间，使得蒙脱土层发生剥离，形成蒙脱土微片层稳定分散的蒙脱土/纤维素混合溶液；

将所述蒙脱土/纤维素混合溶液缓慢倒入模具中，然后再连同模具一起将蒙脱土/纤维素混合溶液置于一定温度的乙醇溶液中，使其充分交联反应，并促使蒙脱土片层自组装成微球，形成蒙脱土微球/再生纤维素水凝胶；

将所述交联得到的蒙脱土微球/再生纤维素水凝胶用去离子水中充分洗涤至pH值为7；

将洗涤后的蒙脱土微球/再生纤维素水凝胶低温冷冻、干燥处理，即得到蒙脱土微球/再生纤维素复合气凝胶。

在本发明的一个或多个实施方式中，所述碱尿素溶液为7wt％氢氧化钠和12wt％尿素的混合溶液。