香草醛改性壳聚糖‑SiO2复合气凝胶材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种香草醛改性壳聚糖‑SiO2复合气凝胶材料的制备方法及其在卷烟烟气吸附中应用，将壳聚糖进行氨基改性后，硅源前驱体在改性壳聚糖的酸性溶液中水解、缩合，静置凝胶，凝胶经老化、溶剂交换后进行干燥，获得亲水性复合材料，凝胶进行表面改性、干燥后获得疏水性复合材料，干燥后获得的气凝胶材料进行卷烟烟气有害物质吸附。本发明专利技术的香草醛改性壳聚糖‑SiO2复合气凝胶材料对于卷烟烟气中的有害物质吸附能力强，选择性高；本发明专利技术的方法制作简单，生产成本低，安全性能高。

Vanillin modified chitosan SiO2 aerogel composite material and preparation method and application thereof

The present invention provides a method for preparing vanillin modified chitosan SiO2 composite aerogel and its application in cigarette smoke adsorption, the chitosan amino modified silica precursor hydrolysis in acid solution, modified chitosan condensation, static gel, gel by aging, solvent exchange after drying, to obtain hydrophilic composite gel, surface modification and drying to obtain hydrophobic composite aerogel material after drying the adsorption of harmful substances in cigarette smoke. The invention of vanillin modified chitosan SiO2 composite aerogel materials for harmful substances in cigarette smoke and strong adsorption capacity, high selectivity; manufacturing method of the invention has the advantages of simple production, low cost, high safety performance.

【技术实现步骤摘要】
香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料及其制备方法和用途
本专利技术涉及一种复合气凝胶材料及其制备方法和用途，具体涉及一种香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料和制备方法及其在卷烟烟气中的吸附应用；属于复合气凝胶材料新领域。
技术介绍
随着我国加入《国际烟草控制框架公约》，对烟草制品成分进行限制，同时人们的生活水平不断提高，人们对吸烟的安全性和环境保护意识越来越强，降焦减害势在必行，因此卷烟中有害物质的研究和降焦减害技术成为人们研究的热点；应用了添加剂的特殊滤嘴，已成为卷烟降焦减害的重要技术手段之一；谢笑天等(谢笑天.纳米吸附剂在卷烟降焦中的应用研究[J].云南化工,2002,(3),1-3)制备了对烟气焦油具有过滤和吸附性能的纳米粉末，涂布到醋酸纤维丝束上，制成降焦过滤嘴棒，用量为16-18mg/支，降焦效果可达到4.4mg/支。但是当卷烟的焦油量降低到一定水平后，烟气的香味会受到很大的影响，这样就制约了降焦减害技术在实际生产过程中的应用。壳聚糖是由甲壳素经过脱乙酰作用得到，甲壳素是一种天然高分子，自然界含量丰富，而且壳聚糖具有良好的生物相容性以及微生物降解性，分子内由于羟基和氨基的存在，可以进行多种化学修饰，从而得到许多有用的新物质。在大量基础和应用研究的过程中，壳聚糖已经在纺织、化妆品、印染、医药、食品、环保等多种领域中得到应用。纯壳聚糖是一种白色或灰白色半壳聚糖透明的片状或粉状固体，无味、无臭、无毒性，纯壳聚糖略带珍珠光泽。SiO2气凝胶是一种具有纳米结构的低密度多孔性固体材料，国外称之为“冻烟”。由于其具有高孔隙率和高比表面积以及低密度等性能，应用前景广阔，如可以作为催化剂载体、声阻抗耦合材料、透明隔热材料和吸附材料等。目前SiO2气凝胶的制备常采用超临界方法干燥，其设备复杂，生产成本高，危险性高，因此，常压干燥制备的气凝胶材料，可以降低危险性及生产成本，而且在SiO2气凝胶材料中添加香草醛改性壳聚糖，可以提高其在卷烟主流烟气中有害物质的吸附性能，也可以增强其吸附选择性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料及其制备方法和用途，本专利技术的香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料对于卷烟烟气中的有害物质吸附能力强，选择性高；本专利技术的方法制作简单，生产成本低，安全性能高。本专利技术提供了一种香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料的制备方法及其在卷烟烟气吸附中应用，将壳聚糖进行氨基改性后，硅源前驱体在改性壳聚糖的酸性溶液中水解、缩合，静置凝胶，凝胶经老化、溶剂交换后进行干燥，获得亲水性复合材料，凝胶进行表面改性、干燥后获得疏水性复合材料，干燥后获得的气凝胶材料进行卷烟烟气有害物质吸附能力测试。根据本专利技术提供的第一种实施方案，提供一种香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料。一种香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料，该材料是壳聚糖通过香草醛进行改性后，获得香草醛改性的壳聚糖，然后将硅源前驱体溶解在香草醛改性的壳聚糖中得到的。在本专利技术中，所述硅源前驱体为硅酸酯，优选为硅酸甲酯、硅酸乙酯、正硅酸异丙酯、正硅酸丁酯；更优选为正硅酸乙酯。根据本专利技术提供的第二种实施方案，提供一种制备香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料的方法。一种制备香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料的方法，该方法包括以下步骤：1)将壳聚糖加入到香草醛中，加热回流，得到香草醛改性的壳聚糖；2)将硅源前驱体加入香草醛改性的壳聚糖中，搅拌，静置凝胶，洗涤；获得香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料粗产品。作为优选，该方法还包括：3)将步骤2)获得的香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料粗产品在含三甲基氯硅烷的正己烷溶液中浸泡，洗涤；获得香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料。在本专利技术中，步骤1)具体为：将壳聚糖加入到有机溶剂中恒温浸泡，溶胀后过滤清洗，将溶胀的壳聚糖加入到含有香草醛的有机溶剂中，加热回流，反应后抽滤出产品，洗涤、干燥后得到香草醛改性的壳聚糖。在本专利技术中，步骤2)具体为：将香草醛改性的壳聚糖溶解在盐酸溶液中，室温搅拌均匀；将正硅酸乙酯和乙醇混合均匀，加入到香草醛改性的壳聚糖溶液中，搅拌；加入HF溶液，搅拌均匀，静置凝胶，老化；将老化后的凝胶放入蒸馏水中浸泡洗涤，再浸入乙醇中浸泡洗涤，然后采用正己烷浸泡洗涤，干燥，获得香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料粗产品。在本专利技术中，步骤3)具体为：将步骤2)获得的草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料粗产品在含三甲基氯硅烷的正己烷溶液中浸泡，再浸入正己烷溶液中浸泡洗涤，干燥，获得香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料。在本专利技术中，步骤1)中所述的有机溶剂为醇溶液，优选为甲醇、乙醇中的一种或两种。步骤1)中壳聚糖和香草醛质量比为1:1-10，优选为1:1.2-6，更优选为1:1.5-4。步骤1)中所述恒温浸泡的温度为15-90℃，优选为20-80℃，更优选为25-70℃。恒温浸泡的时间为0.5-48h，优选为1-36h，更优选为2-24h。步骤1)中所述清洗采用醇溶液清洗，优选采用乙醇溶液清洗。步骤1)中所述加入回流的温度为55-100℃，优选为60-90℃，更优选为65-80℃。步骤1)中所述洗涤采用醇溶液洗涤，优选采用乙醇溶液清洗。在本专利技术中，步骤2)中所述盐酸溶液的浓度为0.05-1.0mol/L，优选为0.1-0.8mol/L，更优选为0.15-0.5mol/L。正硅酸乙酯和乙醇混合，正硅酸乙酯和乙醇的质量比为1-5:1，优选为1.2-3:1，更优选为1.5-2:1。香草醛改性的壳聚糖和正硅酸乙酯的质量比为1:15-100，优选为1:20-90，更优选为1:25-80。搅拌时间为2-48h，优选为6-36h，更优选为12-24h。加入的HF溶液的质量浓度为1-40％，优选为3-20％，更优选为5-10％。加入的HF溶液和正硅酸乙酯质量比为1:100-1000，优选为1:200-800，更优选为1:400-600。所述浸泡洗涤的时间为2-72h，优选为6-48h，更优选为12-36h。在本专利技术中，步骤3)所述含三甲基氯硅烷的正己烷溶液中，三甲基氯硅烷的体积浓度为1％-20％，优选为3％-15％，更优选为5％-10％。所述浸泡洗涤的时间为2-72h，优选为6-48h，更优选为12-36h。根据本专利技术提供的第三种实施方案，提供由上述的制备香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料的方法所获得的香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料。根据本专利技术提供的第四种实施方案，提供一种香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料的应用。一种香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料的用途，将第一种实施方案所述的香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料，或者将第二种实施方案所述方法制备的香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料，用于卷烟滤棒中。优选的是，所述材料的粒径为20-100目，优选为30-80目，更优选为40-60目。作为优选，每支卷烟滤棒中添加所述材料的添加量为1-20mg，优选为3-18mg，更优选为5-15mg。在本专利技术中，所有用到的材料均有市售，没有特殊的要求。优选的是，壳聚糖采用粘度为14cps，脱乙酰度为96.1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种香草醛改性壳聚糖‑SiO2复合气凝胶材料，该材料是壳聚糖通过香草醛进行改性后，获得香草醛改性的壳聚糖，然后将硅源前驱体溶解在香草醛改性的壳聚糖中得到的。

【技术特征摘要】
1.一种香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料，该材料是壳聚糖通过香草醛进行改性后，获得香草醛改性的壳聚糖，然后将硅源前驱体溶解在香草醛改性的壳聚糖中得到的。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述硅源前驱体为硅酸酯，优选为硅酸甲酯、硅酸乙酯、正硅酸异丙酯、正硅酸丁酯；更优选为正硅酸乙酯。3.一种制备香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料的方法，该方法包括以下步骤：1)将壳聚糖加入到香草醛中，加热回流，得到香草醛改性的壳聚糖；2)将硅源前驱体加入香草醛改性的壳聚糖中，搅拌，静置凝胶，洗涤；获得香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料粗产品。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：该方法还包括：3)将步骤2)获得的草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料粗产品在含三甲基氯硅烷的正己烷溶液中浸泡，洗涤；获得香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：步骤1)具体为：将壳聚糖加入到有机溶剂中恒温浸泡，溶胀后过滤清洗，将溶胀的壳聚糖加入到含有香草醛的有机溶剂中，加热回流，反应后抽滤出产品，洗涤、干燥后得到香草醛改性的壳聚糖；和/或步骤2)具体为：将香草醛改性的壳聚糖溶解在盐酸溶液中，室温搅拌均匀；将正硅酸乙酯和乙醇混合均匀，加入到香草醛改性的壳聚糖溶液中，搅拌；加入HF溶液，搅拌均匀，静置凝胶，老化；将老化后的凝胶放入蒸馏水中浸泡洗涤，再浸入乙醇中浸泡洗涤，然后采用正己烷浸泡洗涤，干燥，获得香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料粗产品。6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：步骤3)具体为：将步骤2)获得的草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料粗产品在含三甲基氯硅烷的正己烷溶液中浸泡，再浸入正己烷溶液中浸泡洗涤，干燥，获得香草醛改性壳聚糖-SiO2复合气凝胶材料。7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述的有机溶剂为醇溶液，优选为甲醇、乙醇中的一种或两种；步骤1)中壳聚糖和香草醛质量比为1:1-10，优选为1:1.2-6，更优选为1:1.5-4；步骤1)中所述恒温浸泡的温度为15...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭圣明，施宁，刘自强，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43