高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法，包括：将胶原纤维清洗、烘干、粉碎，然后加入水中浸泡，加入碱调节溶液pH；超声后清洗，过滤，干燥，将干燥后的物料与聚乙烯醇混合均匀，然后放入管式炉中煅烧；将煅烧后的产物冲洗至中性后溶解于水中，超声混匀；将超声混匀后的产物预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥后的产物置于银氨溶液中浸泡溶胀，超声；将超声后的物料再次预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥后的产物置于NaOH溶液中浸泡，浸泡后过滤得到的产物用去洗涤，置于液氮中速冻后冷冻干燥，得到高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料。本发明专利技术制备过程简单、成本低、绿色环保，避免了制备过程中对环境造成的二次污染。

【技术实现步骤摘要】
高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法
本专利技术属于生物质废弃资源用于环境中放射性碘蒸气吸附的环保领域，具体为一种高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法。
技术介绍
随着制革行业的兴起，皮革市场需求较大，但制革过程中原材料动物皮的利用率不高，造成了大量的皮革原材料浪费，特别是粒径较小的废料很难再次利用，同时对环境也造成严重的污染。如何对皮革废料资源实现再次利用，一直是研究者关注的热点问题。研究表明，通过对皮革废料按常规方法进行清洗、碱处理、脱水等处理后，可以转化为亲水性较强的胶原纤维。作为天然高分子物质，胶原纤维由三条多肽链组成的螺旋结构，具有独特的分子结构和优越的物理性能，其含有多种官能团，包括-OH、-COOH、-NH2和-CONH2等，含有众多分子内氢键。胶原纤维虽具有很强的亲水性能，并不溶于水，而是在水中发生溶胀后呈分散状态，展现出优越的比表面积，且具有良好的生物相容性，后期很容易进行生物降解，不会对环境造成污染，这些特性使其具有广泛的应用，研究表明其对铁、铜、铅、镉、铀等许多金属离子具有较强的吸附作用。随着核能工业的快速发展，对核能放射性废物的安全处理已成为人们日益关注的焦点，特别是核电站的泄露，导致周边地区环境中存在大量的放射性气体碘和无机碘，其中129I半衰期最长(1.6×107年)，能引起甲状腺病变等辐照危害，自然界存在的放射性碘最终也会通过食物链途径富集在人体内。因此，对环境气体中放射性气态碘的去除是非常重要的任务。目前对放射性气态碘的吸附材料主要有沸石类和活性炭，但后期不易处理、循环利用率较低、实际应用费用高等因素限制其广泛应用。近年来COFS、MOFS、POPs、CMPs和气凝胶等吸附材料表现较好，具有大的比表面积和丰富的微孔结构，对气态碘具有较强的吸附作用，但由于制备过程复杂、制备成本高、稳定性低、后期处理不便和吸附环境恶劣致使材料对碘的持久吸附性不足等问题，限制了实际应用。
技术实现思路
针对以上技术缺陷，本专利技术提供一种制备成本低、不会对环境造成二次污染、吸附碘蒸气容量高、稳定性高、可天然生物降解、具有一定抗菌性、可延长碘吸附的时效性的纳米银改性胶原纤维气凝胶材料。本专利技术结合胶原纤维的特性，首先对胶原纤维进行碱处理，使分子内氢键断裂，暴露出更多的羟基和氨基，增强对碘蒸气的亲和能力。然后再加入低熔沸点有机物聚乙烯醇的情况下经过煅烧处理，使其形成不可逆的蓬松碳化物，稳定结构和性质。再将其溶解于去离子水中通过冷冻干燥技术，制备成质地轻、比表面积大，多孔且稳定的材料。将得到的气凝胶浸泡到配置好的银氨溶液中，再次进行冷冻干燥。再在此基础上通过浸泡到氢氧化钠溶液中处理将银离子形成纳米银对材料进行改性并再次冷冻干燥，获得性能优良的银基胶原纤维气凝胶。在提高材料对碘吸附能力的同时，使材料具有一定的抗菌性，提高了材料对碘吸附的时效性。此改性气凝胶材料增强了对碘蒸气的吸附能力，其吸附作用兼具物理吸附和化学吸附。本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将胶原纤维加入去离子水中，在超声清洗机中超声清洗5h，洗至中性，过滤后于烘箱中烘干；步骤二、将清洗后的胶原纤维于粉碎机中粉碎后加入去离子水中浸泡，加入碱调节溶液pH；超声2h后用去离子水清洗，过滤后于烘箱中干燥，步骤三、将干燥后的物料与聚乙烯醇混合均匀，然后放入管式炉中煅烧；将煅烧后的产物冲洗至中性后溶解于去离子水中，超声混匀；步骤四、将超声混匀后的产物预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥后的产物置于银氨溶液中浸泡溶胀，超声；步骤五、将超声后的物料再次预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥后的产物置于NaOH溶液中浸泡，浸泡后过滤得到的产物用去离子水洗涤，然后置于液氮中速冻后冷冻干燥，得到高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料。优选的是，所述步骤一中的胶原纤维为未经鞣制处理的动物皮，按常规方法进行清洗、碱处理、脱水等处理后，经粉碎机粉碎得到粒径为50-80目的粒状物质；所述步骤一中超声清洗温度和烘箱温度在室温至70℃的范围；超声的频率40～60kHz，功率800～1000W。优选的是，所述步骤二中粉碎后的胶原纤维粒径控制在30-100目。优选的是，所述步骤二中的碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵、碳酸钠中的一种或几种；加入碱调节溶液pH至8～14，干燥的温度为60～70℃；超声的频率40～60kHz，功率800～1000W。优选的是，所述步骤三中，干燥后的物料与聚乙烯醇的质量比为1:0.2～2；管式炉中煅烧的温度为180-230℃，升温速率为2～3℃/min，管式炉中通入的惰性气体为氦气、氩气中的一种或多种。优选的是，所述步骤三中，煅烧后的产物与去离子水的质量体积比为5g：50-100mL；超声的频率40～60kHz，功率800～1000W。优选的是，所述步骤四和步骤五中，预冷冻后冷冻干燥的过程为：在低温冰箱中冷冻后在真空低温冷冻干燥机中干燥；低温冰箱中冷冻的温度为-10℃，时间为12～24h；真空低温冷冻干燥机中干燥的温度为-50～-80℃，气压为25Pa，时间为28-48h。优选的是，所述步骤四中，银氨溶液的浓度为1×10-4mol/L～1×10-1mol/L，冷冻干燥后的产物置于银氨溶液中浸泡溶胀的时间为5～15min，超声的时间为5～15min；冷冻干燥后的产物与银氨溶液的质量体积比为10mg:30～50mL。优选的是，所述步骤五中，置于液氮中速冻后冷冻干燥的过程为：在液氮中速冻后在真空低温冷冻干燥机中干燥；在液氮中速冻的时间为10～30min，真空低温冷冻干燥机中干燥的温度为-50～-80℃，气压为25Pa，时间为28-48h；NaOH溶液的浓度1.0×10-6～1.0×10-3mol/L；冷冻干燥后的产物置于NaOH溶液中浸泡的时间为1～24h；冷冻干燥后的产物与NaOH溶液的质量体积比为10mg:15～40mL。优选的是，所述步骤四中，冷冻干燥后的产物置于银氨溶液中浸泡溶胀5～15min，超声5～15min，然后放入真空包装袋进行真空包装，控制真空度为0.1MPa；将真空包装袋放入高压处理釜中，进行高静压处理；冷冻干燥后的产物与银氨溶液的质量体积比为10mg:30～50mL；所述高静压处理的压力为280～400MPa，处理时间为15～20min，处理温度为25～30℃，升压的速度为10MPa/s。本专利技术至少包括以下有益效果：(1)絮状胶原纤维气凝胶呈现质地轻软、孔隙多、比表面积大、不易吸水团聚、性质稳定、具有抗菌性，在保护材料不被快速分解的同时还提高了对碘的吸附量，远高于其它类型生物质材料，且循环利用率高。(2)本专利技术所用原料为革屑加工产生的废料，进行资源二次利用，避免了对环境造成的污染问题，且来源广泛，价格低廉，后期天然生物更易降解处理。(3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、将胶原纤维加入去离子水中，在超声清洗机中超声清洗5h，洗至中性，过滤后于烘箱中烘干；/n步骤二、将清洗后的胶原纤维于粉碎机中粉碎后加入去离子水中浸泡，加入碱调节溶液pH；超声2h后用去离子水清洗，过滤后于烘箱中干燥，/n步骤三、将干燥后的物料与聚乙烯醇混合均匀，然后放入管式炉中煅烧；将煅烧后的产物冲洗至中性后溶解于去离子水中，超声混匀；/n步骤四、将超声混匀后的产物预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥后的产物置于银氨溶液中浸泡溶胀，超声；/n步骤五、将超声后的物料再次预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥后的产物置于NaOH溶液中浸泡，浸泡后过滤得到的产物用去离子水洗涤，然后置于液氮中速冻后冷冻干燥，得到高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将胶原纤维加入去离子水中，在超声清洗机中超声清洗5h，洗至中性，过滤后于烘箱中烘干；
步骤二、将清洗后的胶原纤维于粉碎机中粉碎后加入去离子水中浸泡，加入碱调节溶液pH；超声2h后用去离子水清洗，过滤后于烘箱中干燥，
步骤三、将干燥后的物料与聚乙烯醇混合均匀，然后放入管式炉中煅烧；将煅烧后的产物冲洗至中性后溶解于去离子水中，超声混匀；
步骤四、将超声混匀后的产物预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥后的产物置于银氨溶液中浸泡溶胀，超声；
步骤五、将超声后的物料再次预冷冻后冷冻干燥，冷冻干燥后的产物置于NaOH溶液中浸泡，浸泡后过滤得到的产物用去离子水洗涤，然后置于液氮中速冻后冷冻干燥，得到高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料。


2.如权利要求1所述的高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的胶原纤维为未经鞣制处理的动物皮，按常规方法进行清洗、碱处理、脱水等处理后，经粉碎机粉碎得到粒径为50-80目的粒状物质；所述步骤一中超声清洗温度和烘箱温度在室温至70℃的范围；超声的频率40～60kHz，功率800～1000W。


3.如权利要求1所述的高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中粉碎后的胶原纤维粒径控制在30-100目。


4.如权利要求1所述的高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵、碳酸钠中的一种或几种；加入碱调节溶液pH至8～14，干燥的温度为60～70℃；超声的频率40～60kHz，功率800～1000W。


5.如权利要求1所述的高效捕获碘蒸气纳米银基胶原纤维气凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，干燥后的物料与聚乙烯醇的质量比为1:0.2～2；管式炉中煅烧的温度为180-230℃，升温速率为2～3℃/min，管式炉中通入的惰性气体为氦气、氩气中的一种或多种。


6.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建，王波，朱辉，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51