[发明专利]环糊精气凝胶、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种环糊精气凝胶、其制备方法及应用。所述环糊精气凝胶包含主要由环糊精组成的骨架，并具有分子空腔和介孔结构，同时还具有大比表面积、高孔隙率和低密度等特点，并且还具有优异力学性能。所述环糊精气凝胶的制备方法包括：将环糊精溶于第一溶剂形成环糊精溶液，并加入交联剂、催化剂，经静置反应形成湿凝胶；以第二溶剂进行溶剂置换，获得溶剂置换后的凝胶，之后干燥，获得所述环糊精气凝胶。本发明的环糊精气凝胶可以在环保领域广谱应用，例如其在有机染料、高分子表面活性剂、金属离子、挥发性有机化合物、以及COsubgt;2/subgt;等气体吸附应用中表现出优异性能，且经简单处理还可重复利用。

技术领域

本发明涉及一种气凝胶材料，尤其涉及一种环糊精气凝胶、其制备方法及应用，属于纳米多孔材料及环境保护技术领域。

背景技术

气凝胶是一种高度多孔性的纳米材料，是目前世界上质量最轻、隔热性能最好的固体材料。由于气凝胶具有高比表面积(400～1500m²/g)、高孔隙率(80～99.8％)、低密度(0.003～0.6g/cm³)和低热导率(0.013～0.038W/mk)等特点，使得气凝胶在隔热保温、声阻抗耦合、气体吸附和过滤、催化剂载体、药物载体等领域具有非常广阔的应用前景。

迄今为止，业界研发人员已经通过化学交联法制备了各种类型的气凝胶，包括二氧化硅气凝胶、甲壳素和壳聚糖气凝胶、碳气凝胶、竹碳气凝胶、金属氧化物及其复合气凝胶、多元素复合气凝胶、石墨烯和碳纳米管气凝胶、氧化钛气凝胶、酚醛树脂气凝胶等。以上提及的气凝胶多为介孔或大孔结构(孔径大于50nm)，因此通常只表现出溶液中某种成分的吸附，如有机小分子、金属离子等，但不能同时吸收。而对于气体和挥发性有机化合物则束手无策，原因在于气体吸附通常需要大量微孔，或者骨架结构中具有与气体分子相互作用的基团。然而目前报道的各类气凝胶都不具有以上提及的特性。

另一方面，环糊精(Cyclodextrin，简称CD)是一类由葡萄糖单元通过糖苷键连接起来的天然大环分子，通常由6、7、8个葡萄糖单元构成，分别称为α-环糊精，β-环糊精和γ-环糊精。环糊精具有空心圆台状三维立体结构，孔直径为0.4-0.8纳米不等，孔深为0.8纳米左右，其所有羟基都分布于圆台外围，因此具有相对疏水的内部空腔和亲水的外壁。正因为环糊精拥有如此独特的立体结构和亲疏水特性，能够与多种有机小分子、气体分子、高分子聚合物、金属离子等形成包结物，因此被广泛用于超分子化学、化妆品、药物、手性分离以及环境处理等领域。其中，环糊精应用于环境领域，如污水处理中具有众多优势，首先，环糊精的吸附量大，其次，其吸附污染物的种类多，包括有机小分子、有机大分子、以及无机和金属离子等，此外可重复利用。

然而，由于环糊精在水中溶解性好，因此纯环糊精应用于水处理时难以分离和回收，为此业界研发人员的众多工作集中在制备环糊精聚合物中，即合成不溶性环糊精交联聚合物以实现污染物的吸附和分离，例如文献Progress in Polymer Science,2013,38,344-368报道了一系列环氧氯丙烷交联的环糊精聚合物及其在水处理中的应用，这类环糊精聚合物能够有效地吸附各种有机小分子，并且能够排除水体酸碱度对吸附性能的影响，因此具有巨大的应用前景。然而，这种环糊精交联聚合物通常为粉末状态，其材料本身没有比表面积，也无连续的孔道结构，在液体扩散和吸附效率上还有待进一步提高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种环糊精气凝胶及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

本发明的又一目的在于提供前述环糊精气凝胶的用途。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：