本发明专利技术提供了一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶及其制备方法和应用，涉及复合气凝胶材料技术领域。本发明专利技术提供的复合气凝胶具有多孔网络结构，包括生物质纳米纤维素和包覆在所述生物质纳米纤维素表面的聚吡咯。本发明专利技术将生物质纳米纤维素和聚吡咯复合，得到的复合气凝胶兼具纳米纤维素和聚吡咯的优点，轻质柔韧，具有良好的导电性，以及吸水、吸热性能，并且环境稳定性好。本发明专利技术提供了所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶的制备方法，操作简便，条件易控，易于实现规模化生产。本发明专利技术还提供了所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶作为导电材料或水发生器的应用。
【技术实现步骤摘要】
一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合气凝胶材料
，特别涉及一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
纤维素作为自然界中储量最为丰富的天然高分子材料，可以借助化学-机械相结合的方法将其加工成具有纳米尺度的线状高长径比材料，因为其材料具有纳米尺度，且主要组分为纤维素，为此称其为纳米纤维素。纳米纤维素具有良好的力学性能，其表面富含大量的羟基官能团，可以自组装形成轻质、柔韧、具有网状结构的气凝胶材料。但是纳米纤维素气凝胶不导电，限制了其在电化学领域中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶及其制备方法和应用。本专利技术提供的复合气凝胶兼具纳米纤维素和聚吡咯的优点，轻质柔韧，具有良好的导电性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶，所述复合气凝胶具有多孔网络结构，所述复合气凝胶包括生物质纳米纤维素和包覆在所述生物质纳米纤维素表面的聚吡咯。本专利技术提供了以上方案所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将生物质材料制备成纳米纤维素水悬浮液；(2)将过硫酸铵水溶液注入到所述纳米纤维素水悬浮液中，静置1.5～2h进行溶剂置换，得到纳米纤维素水凝胶；(3)将所述纳米纤维素水凝胶浸泡至吡咯的植酸溶液中，静置2～12h，得到纳米纤维素/聚吡咯复合水凝胶；(4)将所述纳米纤维素/聚吡咯复合水凝胶进行冷冻干燥，得到所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶。优选地，所述纳米纤维素水悬浮液的质量浓度为0.5～1％；所述过硫酸铵水溶液的浓度为0.15g/mL；所述纳米纤维素水悬浮液与过硫酸铵水溶液的体积比为3～5:10。优选地，所述吡咯的植酸溶液是由吡咯、植酸与水按照体积比1:6:100配制而成的。优选地，所述冷冻干燥的时间为24～50h。优选地，所述步骤(1)制备纳米纤维素水悬浮液的方法为：除去所述生物质材料中的木质素和半纤维素，得到纯化纤维素；将所述纯化纤维素与水混合，得到纯化纤维素水混合液；将所述纯化纤维素水溶液依次进行超声处理和高压均质处理，得到纳米纤维素水悬浮液。优选地，所述除去生物质材料中的木质素和半纤维素的方法为：将生物质材料用醋酸酸化的亚氯酸钠处理后，再用质量浓度为1～10％的氢氧化钾溶液处理。优选地，所述用醋酸酸化的亚氯酸钠处理的温度为60～80℃；所述用氢氧化钾溶液处理的温度为75～95℃。优选地，所述超声处理的工作功率为800～1200W，处理时间为10～60min；所述高压匀质处理的时间为5～60min，一级压力为40～90bar，二级压力为300～450bar。本专利技术提供了以上方案所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶或以上方案所述制备方法得到的生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶作为导电材料或水发生器的应用。本专利技术提供了一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶，所述复合气凝胶具有多孔网络结构，所述复合气凝胶包括生物质纳米纤维素和包覆在所述生物质纳米纤维素表面的聚吡咯。在本专利技术中，生物质纳米纤维素具有网状结构，表面富含大量的羟基官能团，吸水性好；聚吡咯具有导电性能和吸热性能；本专利技术将生物质纳米纤维素和聚吡咯复合，得到的复合气凝胶兼具纳米纤维素和聚吡咯的优点，具有良好的导电性，以及吸水、吸热性能，并且环境稳定性好。此外，本专利技术提供的复合气凝胶轻质柔韧，且来源于生物质材料，成本低。本专利技术提供了所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶的制备方法，操作简便，条件易控，易于实现规模化生产。本专利技术还提供了所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶作为导电材料或水发生器的应用。本专利技术提供的生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶具有良好的导电性，可作为导电材料应用，如用作光电化学电池的修饰电极、蓄电池的电极材料；本专利技术提供的生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶具有良好的吸水和吸热性能，可作为水发生器应用，如在太阳光下将污水、海水等水源中的水分转化为水蒸气，水蒸气再凝结得到干净的水。附图说明图1为实施例1制备得到的生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶的实物图；图2为实施例1制备得到的生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶的扫描电镜图。具体实施方式本专利技术提供了一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶，所述复合气凝胶具有多孔网络结构，所述复合气凝胶包括生物质纳米纤维素和包覆在所述生物质纳米纤维素表面的聚吡咯。在本专利技术中，生物质纳米纤维素表面富含大量的羟基官能团，吸水性好，轻质、柔韧、具有网状结构，且来源于生物质材料，成本低；聚吡咯具有导电性能和吸热性能；本专利技术将生物质纳米纤维素和聚吡咯复合，得到的复合气凝胶兼具纳米纤维素和聚吡咯的优点，轻质柔韧，具有良好的导电性，以及吸水、吸热性能，并且环境稳定性好。本专利技术提供了以上方案所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将生物质材料制备成纳米纤维素水悬浮液；(2)将过硫酸铵水溶液注入到所述纳米纤维素水悬浮液中，静置1.5～2h进行溶剂置换，得到纳米纤维素水凝胶；(3)将所述纳米纤维素水凝胶浸泡至吡咯的植酸溶液中，静置2～12h，得到纳米纤维素/聚吡咯复合水凝胶；(4)将所述纳米纤维素/聚吡咯复合水凝胶进行冷冻干燥，得到所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶。本专利技术将生物质材料制备成纳米纤维素水悬浮液。本专利技术对所述生物质材料没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的生物质材料即可，具体地如棉花、麻、农林经营剩余物等，来源丰富，在本专利技术具体实施例中，所述生物质材料为杨木粉。在本专利技术中，所述制备纳米纤维素水悬浮液的方法优选为：除去所述生物质材料中的木质素和半纤维素，得到纯化纤维素；将所述纯化纤维素与水混合，得到纯化纤维素水混合溶液；将所述纯化纤维素水溶液依次进行超声处理和高压均质处理，得到纳米纤维素水悬浮液。在本专利技术中，所述除去生物质材料中的木质素和半纤维素的方法优选为：将生物质材料用醋酸酸化的亚氯酸钠处理后，再用质量浓度为1～10％的氢氧化钾溶液处理，得到纯化纤维素。在本专利技术中，所述将生物质材料用醋酸酸化的亚氯酸钠处理的具体操作优选为：将生物质材料加入到水中分散，再加入亚氯酸钠和冰醋酸，将容器封口，在60～80℃恒温水浴中加热0.5～1h；上述加入亚氯酸钠和冰醋酸然后水浴加热的操作共重复5～9次。在本专利技术中，生物质材料、亚氯酸钠、冰醋酸和水的用量比优选为30g：15g：3～5mL：1500g。本专利技术通过用醋酸酸化的亚氯酸钠处理生物质材料，除去生物质材料中的木质素。用醋酸酸化的亚氯酸钠处理后，本专利技术还优选所得样品清洗至中性。在本专利技术中，所述用质量浓度为1～10％的氢氧化钾溶液处理的具体操作优选为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶，所述复合气凝胶具有多孔网络结构，所述复合气凝胶包括生物质纳米纤维素和包覆在所述生物质纳米纤维素表面的聚吡咯。/n
【技术特征摘要】
1.一种生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶，所述复合气凝胶具有多孔网络结构，所述复合气凝胶包括生物质纳米纤维素和包覆在所述生物质纳米纤维素表面的聚吡咯。
2.权利要求1所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将生物质材料制备成纳米纤维素水悬浮液；
(2)将过硫酸铵水溶液注入到所述纳米纤维素水悬浮液中，静置1.5～2h进行溶剂置换，得到纳米纤维素水凝胶；
(3)将所述纳米纤维素水凝胶浸泡至吡咯的植酸溶液中，静置2～12h，得到纳米纤维素/聚吡咯复合水凝胶；
(4)将所述纳米纤维素/聚吡咯复合水凝胶进行冷冻干燥，得到所述生物质纳米纤维素/聚吡咯复合气凝胶。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米纤维素水悬浮液的质量浓度为0.5～1％；所述过硫酸铵水溶液的浓度为0.15g/mL；所述纳米纤维素水悬浮液与过硫酸铵水溶液的体积比为3～5:10。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述吡咯的植酸溶液是由吡咯、植酸与水按照体积比1:6:100配制而成的。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的时间为24～50h。
【专利技术属性】
技术研发人员：陈文帅，汪朝晖，白璐璐，方颖，
申请(专利权)人：东北林业大学，湖南大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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