一种α‑Al2O3‑植物纤维复合材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术提供了一种α‑Al2O3‑植物纤维复合材料及其制备方法，本发明专利技术使用的植物纤维来源广泛，半碳化后，其表面形成碳化层，内部仍具有韧性，并且兼具多孔吸附性，α型三氧化二铝纳米颗粒具有极强的吸水性，将α型三氧化二铝纳米颗粒负载到半碳化的植物纤维上后，制得的产品具有良好的防潮功能，同时植物纤维具有的多孔结构可以吸附环境中的有害物质，三氧化二铝作为吸水剂，在吸水后不会发生体积的改变，因此不会堵塞植物纤维的孔道，不对植物纤维载体的吸附性能产生影响，吸潮后的干燥剂可在惰性气体流动条件下高温干燥，重复使用。

The preparation and application of a Al2O3 alpha plant fiber composite material and its preparation

The invention provides a alpha Al2O3 plant fiber composite material and its preparation method, plant fiber source used in the invention is extensive, semi carbonization, the carbide layer formed on the surface, inside still has toughness, and both porous adsorption, alpha three type two aluminum oxide nanoparticles have a strong absorbent. The alpha type three two aluminum oxide nanoparticles to semi carbonized plant fibre, the prepared product has good moisture-proof function, the porous structure of plant fiber has the adsorption of harmful substances in the environment, three two aluminum oxide as absorbent in volume change does not occur after absorbing water, it will not jam plant fiber channel, affect the adsorption properties of plant fiber without carrier, moisture absorption after drying at high temperature desiccant flow conditions under inert gas, repeated use.

【技术实现步骤摘要】
一种α-Al2O3-植物纤维复合材料及其制备与应用(一)
本专利技术涉及一种负载α型三氧化二铝纳米颗粒的植物纤维复合材料及其制备方法，以及作为干燥剂的应用。(二)
技术介绍
干燥剂是日常生活中常使用的物件。目前市场上的干燥剂各种各样。根据内装材料可分为：硅胶干燥剂、活性炭干燥剂、氯化钙干燥剂、氧化铝干燥剂、石灰干燥剂等，其广泛应用于食品、药品、电子产品、服装鞋帽等行业领域。干燥剂是为了控制环境中的相对湿度、防止物品受潮。目前市场上的干燥剂吸湿率低、吸附能力有限，甚至有可能造成环境污染。植物纤维是一种数量大、可再生资源，同时其具有的多孔结构具有良好的吸附性能；Al2O3是地壳中含量非常丰富的一种氧化物。Al2O3有许多同质异晶体，根据研究报道的变种有10多种，主要有3种：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。其中α-Al2O3是最稳定的一种无色晶体粉末，其吸水率极好。目前已有将植物纤维半碳化的专利方法，其主要的植物纤维原料是稻草、麦秸秆或玉米秆。将植物纤维半碳化后，其表面碳化，内部具有植物纤维的韧性，同时兼具纤维的多孔吸附性。将稻草放入马弗炉炉膛中室温升温至310℃保温30min，随炉降温至室温即得到半碳化稻草纤维，其碳化比比例约为30％。植物纤维断面孔尺寸为50～250μm，纤维外层完全碳化，由互相连通的孔所组成，孔壁厚度为100nm左右，空洞面积比例占总面积70％以上。目前已有制备α型三氧化二铝纳米颗粒的专利方法。在本专利技术制备方法中直接使用纳米粒子成品。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的是制备一种干燥剂，将极具吸水性α型三氧化二铝纳米颗粒负载在有吸附性能的植物纤维上，制成的成品具有的优点在于：防潮性能好，可吸附有害气体，可重复使用。该专利技术原料来源广泛，成本低廉，无污染，工艺简单，实现绿色生产。本专利技术的技术方案如下：一种α-Al2O3-植物纤维复合材料，按如下方法制备得到：(1)以天然植物枝条为原料，在低氧(氧气含量≤1％)或无氧环境中，升温至所述天然植物枝条的着火点～低于着火点20℃的温度范围内进行碳化30～120min，之后降至室温，得到半碳化植物纤维；所述天然植物枝条为稻草、麦秸秆或玉米秆；其中，所述稻草的着火点为313℃、麦秸秆的着火点为330℃、玉米秆的着火点为344℃；(2)将α型Al2O3纳米颗粒以料液质量比1：2-4溶解于去离子水中，得到Al2O3胶体；将步骤(1)所得半碳化植物纤维浸渍于Al2O3胶体中，在20-30℃、30-40KHz超声条件下搅拌2-4h，然后静置(24h)，过滤，洗涤，收集固体物质，在惰性气体(如氩气)保护下，于100-150℃烘箱中干燥，得到所述α-Al2O3-植物纤维复合材料。本专利技术中，所述α型Al2O3纳米颗粒可按照已知方法进行制备，例如参考冯勋,李冠峰,尹卫东,郭文博,王利亚.一种α型纳米三氧化二铝粒子的制备方法[P].河南：CN102951662A,2013-03-06.专利中记载的方法。本专利技术所述室温为20～30℃。本专利技术制得的α-Al2O3-植物纤维复合材料可作为干燥剂用于吸附水分及有害气体(如甲醛)。并且，使用过的产品可在惰性气体流动条件下高温(120℃)干燥后重复使用，重复使用的次数通常为10～12次。本专利技术的有益效果在于：本专利技术使用的植物纤维来源广泛，半碳化后，其表面形成碳化层，内部仍具有韧性，并且兼具多孔吸附性。α型三氧化二铝纳米颗粒具有极强的吸水性。将α型三氧化二铝纳米颗粒负载到半碳化的植物纤维上后，制得的产品具有良好的防潮功能，同时植物纤维具有的多孔结构可以吸附环境中的有害物质。三氧化二铝作为吸水剂，在吸水后不会发生体积的改变，因此不会堵塞植物纤维的孔道，不对植物纤维载体的吸附性能产生影响。吸潮后的干燥剂可在惰性气体流动条件下高温干燥，重复使用。(四)附图说明图1：半碳化植物纤维表面微观结构图；图2：植物纤维碳化层负载α型三氧化二铝纳米颗粒微观结构图。(五)具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例中所用到的α型三氧化二铝纳米颗粒按如下方法制备得到：步骤一、按质量百分比取5％十八水硫酸铝和95％浓度为1.0mol/L的硫酸溶液，以硫酸溶液做分散剂，将十八水硫酸铝加入到分散剂中搅拌至完全溶解后，制得铝分散溶液75ml，备用。步骤二、取4.2g氢氧化钠加入到75ml蒸馏水中，搅拌均匀至完全溶解后，制得浓度为1.40mo1/L的氢氧化钠溶液，加热到97℃，备用。步骤三、将步骤一所制备的铝分散溶液转移到三颈烧瓶中，接着，将装有铝分散液的三颈烧瓶放置在甘油浴的回流装置中加热95℃；在1000转/分钟的搅拌速度下，将步骤二所制备的氢氧化钠溶液加入到铝分散溶液当中，有白色沉淀生成，在1000转/分钟的搅拌速度下回流8小时，得到含有白色沉淀的混合物。步骤四、将步骤三所得含有白色沉淀的混合物以8000转/分钟的转速离心分离10分钟得到白色沉淀物，然后将所得沉淀物依次用95℃的水、50℃的体积比为4:6的乙醇和水组成的混合液、室温的无水乙醇进行洗涤，然后在50℃条件下真空干燥后即得粒径为32.0nm，比表面积为80m2/g的α型纳米三氧化二铝粒子。实施例1：稻草纤维半碳化后负载α型三氧化二铝纳米颗粒将稻草放入N2气氛的马弗炉炉膛中室温升温至310℃保温30min，随炉降温至室温即得到半碳化稻草纤维，其碳化比比例约为30％。植物纤维断面孔尺寸为50～250μm，纤维外层完全碳化，由互相连通的孔所组成，孔壁厚度为100nm左右，空洞面积比例占总面积70％以上。将200gα型三氧化二铝纳米颗粒溶解在去离子水中，料液比为1：3，配成三氧化二铝胶体，加入20g半碳化后的稻草纤维，35KHz超声搅拌3h，使植物纤维和纳米颗粒在溶液中分散均匀，然后静置24h。之后，将胶体液体中的稻草纤维过滤取出，用乙醇淋洗3次，初步离心。将离心后的稻草纤维放在氩气烘箱中120℃干燥4小时。得到最终α-Al2O3-植物纤维干燥剂。将α-Al2O3-植物纤维干燥剂置于相对湿度70％，甲醛气体含量0.06mg/m3密闭环境中，24小时后，测量环境中相对湿度约为25％。吸收的水分达到自身重量的75％。环境中甲醛气体含量降至0.053mg/m3将使用后的α-Al2O3-植物纤维干燥剂置于氩气干燥箱中，120℃干燥4小时后，重新置于相对湿度70％，甲醛气体含量0.06mg/m3密闭环境中，24小时后，测量环境中相对湿度为30％。吸收的水分达到自身重量的70％左右。环境中甲醛气体含量降至0.056mg/m3重复使用约12次后，α-Al2O3-植物纤维干燥剂的干燥性能下降明显。实施例2：麦秸秆纤维半碳化后负载α型三氧化二铝纳米颗粒在密闭炉膛内预先燃烧一定数量的碳粉，使之形成低氧环境(氧气含量<1％)，然后降温至室温。将麦秸秆放入炉膛中室温升温至310℃保温120min，随炉降温至室温即得到半碳化麦秸秆纤维，其碳化比比例约为70％。将200gα型三氧化二铝纳米颗粒溶解在去离子水中，料液比为1：2，配成三氧化二铝胶体，加入20g半碳化后的麦秸秆纤维，40KHz超声搅拌4h，使植物纤维和纳米颗粒在溶液中分散均匀，然后静置24h。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种α‑Al2O3‑植物纤维复合材料，其特征在于，按如下方法制备得到：(1)以天然植物枝条为原料，在低氧或无氧环境中，升温至所述天然植物枝条的着火点～低于着火点20℃的温度范围内进行碳化30～120min，之后降至室温，得到半碳化植物纤维；所述天然植物枝条为稻草、麦秸秆或玉米秆；(2)将α型Al2O3纳米颗粒以料液质量比1：2‑4溶解于去离子水中，得到Al2O3胶体；将步骤(1)所得半碳化植物纤维浸渍于Al2O3胶体中，在20‑30℃、30‑40KHz超声条件下搅拌2‑4h，然后静置，过滤，洗涤，收集固体物质，在惰性气体保护下，于100‑150℃烘箱中干燥，得到所述α‑Al2O3‑植物纤维复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种α-Al2O3-植物纤维复合材料，其特征在于，按如下方法制备得到：(1)以天然植物枝条为原料，在低氧或无氧环境中，升温至所述天然植物枝条的着火点～低于着火点20℃的温度范围内进行碳化30～120min，之后降至室温，得到半碳化植物纤维；所述天然植物枝条为稻草、麦秸秆或玉米秆；(2)将α型Al2O3纳米颗粒以料液质量比1：2-4溶解于去离子水中，得到Al2O3胶体；将步骤(1)所得半碳化植物纤维浸渍于Al2O3胶体中，在20-30℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新文，伊欣欣，朱舒懿，沈林叶，徐璐，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33