一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法技术

本发明专利技术涉及材料技术领域，公开了一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法。该方法包括以下步骤：1）将纤维素置于纤维素溶解液中分散后冷冻至纤维素完全溶解，得纤维素溶液；（2）向纤维素溶液中加入APS引发自由基，搅拌引发后，加入丙烯酸、丙烯酰胺和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺，搅拌聚合，得凝胶状的聚合物；（3）将凝胶状的聚合物用酒精和水反复清洗，冷冻干燥后得到多孔纤维基气凝胶吸附剂。本发明专利技术通过分子设计，在纤维素分子中引入功能性官能团，通过工艺控制，获得高效吸附性能的纤维素基吸附材料，实现对含纤维素纺织废弃资源的回收和再利用到对染色废水中染料的高效快速去除相结合的以废治废的双重目的。

Preparation method of porous fiber based aerogel adsorbent

【技术实现步骤摘要】
一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法。
技术介绍
气凝胶材料是将气体代替凝胶内部的液体而不发生孔洞坍塌得到的三维网络结构材料，具有比表面积高、密度小、热导率低及介电常数低等特点。无机气凝胶密度相对较大，结构较脆，有机高聚物气凝胶力学性能相对较弱，不耐高温。纤维素气凝胶以纤维素作为原料，成本低廉，来源广泛，具有优异的生物性优势和良好的机械强度，韧性更好，在多种产业应用中更具优势。中国专利技术专利申请号为CN201410227554.5的专利，公开了一种海藻纤维素气凝胶吸油材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：海藻纤维素的纯化；机械胶磨制备海藻纳米纤维素微纤丝；海藻纤维素气凝胶的制备；海藻纤维素气凝胶的疏水改性。该海藻纤维素气凝胶吸油材料具有吸油效率高、天然无污染、强度好，二次处理简单等优点。然而，该方法无法实现对含纤维素纺织废弃资源的回收和再利用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法。本专利技术通过分子设计，在纤维素分子中引入功能性官能团(氨基、羧基、羟基)，通过工艺控制，获得高效吸附性能的纤维素基吸附材料，实现了对含纤维素纺织废弃资源的回收和再利用到对染色废水中染料的高效快速去除相结合的以废治废的双重目的。本专利技术的具体技术方案为：一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将纤维素置于纤维素溶解液中分散后冷冻至纤维素完全溶解，得纤维素溶液；(2)向纤维素溶液中加入APS引发自由基，搅拌引发后，加入丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌聚合，得凝胶状的聚合物；(3)将凝胶状的聚合物用酒精和水反复清洗，冷冻干燥后得到多孔纤维基气凝胶吸附剂。本专利技术利用废弃纤维素为原料，通过接枝丙烯酸和丙烯酰胺，制备纤维素基吸附剂，用于纺织染色废水中染料的去除。通过分子设计，在纤维素分子中引入功能性官能团(氨基、羧基、羟基)，通过工艺控制，获得高效吸附性能的纤维素基吸附材料，实现了对含纤维素纺织废弃资源的回收和再利用到对染色废水中染料的高效快速去除相结合的以废治废的双重目的。以棉纤维为原料，丙烯酰胺和丙烯酸为单体，通过自由基接枝聚合技术设计合成的多孔纤维素基吸附材料。通过调控吸附材料的微观结构和表界面的功能活性基团，提高其对染料分子的吸附性能。本专利技术通过控制纤维素与APS引发自由基的比例，丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的比例，调节制得的多孔纤维基气凝胶吸附剂的表面官能团和吸附性能。通过冷冻干燥法最大限度的保持多孔纤维基气凝胶吸附剂的物理、化学结构。冻干处理在冰冻干燥的过程中样品的结构不会被破坏，因为固体成份被在其位子上的坚冰支持着。在冰升华时，在干燥的剩余物质里会留下孔隙。这样就保留了产品的物理和化学结构的完整性。作为优选，一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将纤维素置于纤维素溶解液中分散后冷冻至纤维素完全溶解，得纤维素溶液；(2)向纤维素溶液中加入APS引发自由基，搅拌引发后，加入改性活性碳，搅拌2～8min后，加入丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌聚合，得凝胶状的聚合物；(3)将凝胶状的聚合物用酒精和水反复清洗，冷冻干燥后得到多孔纤维基气凝胶吸附剂。本专利技术在多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备过程中在加入改性活性炭，能够增强多孔纤维基气凝胶吸附剂的强度，增强其孔道丰富性。在纤维素溶液中加入改性活性炭，使其分散均匀后再加入丙烯酸、丙烯酰胺以及N,N-亚甲基双丙烯酰胺，使得部分单体在聚合时穿过改性活性炭的孔道，将改性活性炭与制得的多孔纤维基气凝胶吸附剂紧密结合，增加多孔纤维基气凝胶吸附剂的孔道丰富性和强度。若将改性活性炭与丙烯酸和丙烯酰胺一同加入引发后的纤维素溶液中，由于加入后改性活性炭在均匀分散前就已嵌入纤维素和丙烯酸与丙烯酰胺的聚合物中，改性活性炭的分散性差，制得的多孔纤维基气凝胶吸附剂强度较差，容易碎裂。其中，改性活性炭的制备方法为：将活性炭加入8～10M的硝酸溶液，活性炭与硝酸溶液的质量体积比为1g:20～40mL，65～75℃搅拌9～11h，抽滤、洗涤后在90～110℃干燥，得到氧化活性炭。在得到的氧化活性炭中加入过量氯化亚砜，75～78℃回流3.5～4.5h，减压蒸出氯化亚砜后得到氯化改性活性炭。将乙二胺加入氯化改性活性炭中，氯化改性活性炭与乙二胺的质量比为1:1.5～3，110～125℃反应9.5～10.5h，用蒸馏水洗至中性后在90～110℃干燥，得到乙二胺改性的活性炭。改性后的活性炭的表面具有丰富的氨基，能够与纤维素表面的羟基交联形成氢键，加入丙烯酸和丙烯酰胺进行聚合反应时，进一步与丙烯酸和丙烯酰胺上的羧基和氨基形成氢键，将改性活性炭固定在多孔纤维基气凝胶吸附剂中，且分散均匀。作为优选，步骤(1)中，所述纤维素与纤维素溶解液的质量比为1:30～35。在该比例下，制得的多孔纤维基气凝胶吸附剂具有较高的吸附性能。作为优选，所述纤维素溶解液为浓度为5～9wt％的NaOH溶液和浓度为10～15wt％的尿素溶液的混合液。纤维素在浓度为5～9wt％的NaOH溶液和浓度为10～15wt％的尿素溶液的混合液中能良好溶解。作为优选，步骤(1)中，所述冷冻为在-20～-10℃冷冻1～3h。作为优选，步骤(2)中，所述APS引发自由基与丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为1:80～120:10～30:0.2～1。通过控制N,N-亚甲基双丙烯酰胺的量调节多孔纤维基气凝胶吸附剂的孔结构，通过改变功能性单体的比例实现对官能团的控制，制得的三维大孔结构表面富含羟基、羧基和氨基等官能团。APS引发自由基、丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为1:80～120:10～30:0.2～1时，制得的多孔纤维基气凝胶吸附剂孔道丰富，孔径均匀，吸附性能好。作为优选，步骤(2)中，所述APS引发自由基与丙烯酸、丙烯酰胺、改性活性炭和N,N-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为1:80～120:10～30:0.6～1.2:0.2～1。作为优选，所述丙烯酸的中和度为40～80％。丙烯酸通过用NaOH对丙烯酸进行中和，通过控制丙烯酸的中和度来控制丙烯酸聚合时的聚合度，当丙烯酸的中和度为40～80％时，制得的多孔纤维基气凝胶吸附剂的吸附性能好。作为优选，所述纤维素溶液中的纤维素与APS引发自由基的质量比为1:0.05～0.15。当纤维素与APS引发自由基的质量比为1:0.05～0.15时，制得的多孔纤维基气凝胶吸附剂的孔道丰富，吸附性能好。作为优选，步骤(2)中，所述搅拌引发时间为20～40min；聚合温度为20～30℃。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法通过分子设计，在纤维素分子中引入功能性官能团(氨基、羧基、羟基)，通过工艺控制，获得高效吸附性能的纤维素基吸附材料，实现了对含纤维素纺织废弃资源的回收和再利用到对染色废水中染料的高效快速去除相结合的以废治废的双重目的。附图说明图1为本专利技术的一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法的流程图；图2为利用本专利技术的方法制得的多孔纤维基气凝胶吸附剂的SEM图。具体实施方式下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将纤维素置于纤维素溶解液中分散后冷冻至纤维素完全溶解，得纤维素溶液；（2）向纤维素溶液中加入APS引发自由基，搅拌引发后，加入丙烯酸、丙烯酰胺和N,N‑亚甲基双丙烯酰胺，搅拌聚合，得凝胶状的聚合物；（3）将凝胶状的聚合物用酒精和水反复清洗，冷冻干燥后得到多孔纤维基气凝胶吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）将纤维素置于纤维素溶解液中分散后冷冻至纤维素完全溶解，得纤维素溶液；（2）向纤维素溶液中加入APS引发自由基，搅拌引发后，加入丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌聚合，得凝胶状的聚合物；（3）将凝胶状的聚合物用酒精和水反复清洗，冷冻干燥后得到多孔纤维基气凝胶吸附剂。2.如权利要求1所述的一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法，包括以下步骤：（1）将纤维素置于纤维素溶解液中分散后冷冻至纤维素完全溶解，得纤维素溶液；（2）向纤维素溶液中加入APS引发自由基，搅拌引发后，加入改性活性碳，搅拌后加入丙烯酸、丙烯酰胺和N,N-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌聚合，得凝胶状的聚合物；（3）将凝胶状的聚合物用酒精和水反复清洗，冷冻干燥后得到多孔纤维基气凝胶吸附剂。3.如权利要求1或2所述的一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述纤维素与纤维素溶解液的质量比为1:30~35。4.如权利要求3所述的一种多孔纤维基气凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于：所述纤维素溶解液为浓度为5~9wt%的NaOH溶液和浓度为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏秀平，
申请(专利权)人：绍兴文理学院元培学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33