一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法技术

本发明专利技术提供一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，通过将木材进行脱木素工艺及冷冻干燥后得到木材气凝胶材料，并将木材气凝胶、有机配体、有机溶剂、金属盐溶液作为主要原料，采用原位合成法或水热合成法成功构建出MOF/木材气凝胶复合材料。本发明专利技术制备工艺简单且易操作，成本较低。不仅使木材气凝胶的结构皱缩、纤维骨架易塌陷等问题得以解决，还因MOF纳米颗粒的引入使木材气凝胶具有复合功能特性。该复合材料结合了MOF增强相与木材气凝胶基体各自的结构特征优势使得其在阻燃、吸附、储能、电磁屏蔽和气体分离等领域具有广阔的应用前景。本发明专利技术涉及的原料来源丰富广泛，为开发高附加值的生物质复合材料提供了一条有效途径。值的生物质复合材料提供了一条有效途径。值的生物质复合材料提供了一条有效途径。

【技术实现步骤摘要】
一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，特别是涉及一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法。

技术介绍

[0002]木材气凝胶具有低密度、大的比表面积、生物相容性等特征优势为制备具有优异功能特性的生物质气凝胶复合材料提供了理想的载体。但木材气凝胶由于分子链上丰富羟基的亲水作用使其在溶剂交换及干燥处理过程中容易发生结构皱缩、孔腔坍塌，从而限制了该材料在众多前沿领域中的应用。金属有机骨架(MOF)是由金属离子/金属团簇与有机配体自组装而形成的一种多孔杂化纳米材料，具有高度结晶、无机
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有机杂化多孔结构、大的比表面积、丰富孔隙率以及大量活性位点等特征优势，广泛应用于阻燃、吸附、储能、电磁屏蔽和气体分离等前沿领域。本专利技术致力于开发一种能够成功负载MOF纳米材料的木材气凝胶复合材料的制备方法，从而对实现生物质复合材料开发出高附加值功能具有非常重要的现实意义。

技术实现思路

[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，用于解决现有木材气凝胶容易发生结构皱缩、孔腔坍塌使性能大幅度降低等缺陷问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
[0004]步骤(1)，将木材放入一定浓度配比的次氯酸钠溶液中，并置于恒温水浴锅中进行脱木素工艺处理一段时间，待木材经脱木素工艺反应完全后，对木材进行洗涤并转移至低温环境下的冷冻干燥机中进行干燥处理，得到轻质多孔的木材气凝胶材料。
[0005]步骤(2)，采用原位合成法将步骤(1)制备的木材气凝胶放入MOF前驱体溶液中进行搅拌，通过充分搅拌混合反应后进行洗涤、干燥，得到MOF/木材气凝胶复合材料。或采用水热合成法将步骤(1)所得木材气凝胶放入MOF的前驱体溶液中转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，并放入烘箱中加热到一定温度，且保温一段时间，待反应结束后对木材气凝胶样品进行洗涤，干燥，得到MOF/木材气凝胶复合材料。
[0006]进一步，在步骤(1)中，所述木材为轻木、杨木、杉木、松木、橡胶木、枫木、桦木、柏木等。
[0007]进一步，在步骤(1)中，所述脱木素工艺所用的次氯酸钠溶液的浓度配比为1～10％，水浴锅的反应温度为70～120℃，脱木素工艺反应时间为6～54h。
[0008]进一步，在步骤(1)中，所述将完全脱木素工艺处理后的木材样品放入冷冻干燥机真空干燥，干燥时间为6
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48h，干燥温度为
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50～
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70℃。
[0009]进一步，步骤(2)中，所述合成MOF材料的前驱体溶液包括金属盐、有机配体和有机溶剂，其中，金属盐为Zr、Cr、Co、Fe、Al、Mg、Ni或Zn等的氯盐、硝酸盐或硫酸盐；有机配体为
对苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸、二甲基咪唑等，有机溶剂为N,N
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二甲基甲酰胺、甲醇等。
[0010]进一步，步骤(2)中，所述金属盐与有机配体摩尔比为(0.1～20)：1；有机溶剂为10～100mL。
[0011]进一步，步骤(2)中，所述原位合成法搅拌温度为10～90℃，木材气凝胶浸入合成MOF的有机配体溶液搅拌时间为1～48h，搅拌速率为800～2000r/min。
[0012]进一步，步骤(2)中，所述原位合成法洗涤用剂为蒸馏水、甲醇，并重复洗涤至少三次。
[0013]进一步，步骤(2)中，所述原位合成法中样品的干燥温度为30～120℃，干燥时间为1～48h。
[0014]进一步，步骤(2)中，所述水热合成法中烘箱加热温度为10～200℃，水热反应的保温时间为1～48h。
[0015]进一步，步骤(2)中，所述水热合成法中反应结束后的样品所用洗涤用剂为甲醇和N,N
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二甲基甲酰胺，并重复洗涤至少三次。
[0016]进一步，步骤(2)中，所述水热合成法中反应结束后的样品所用干燥温度为30～120℃，干燥时间为1～48h。
[0017]如上所述，本专利技术提供一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，具有以下有益效果：本专利技术对天然木材原料进行脱木素工艺及冷冻干燥工艺处理后，将得到的轻质多孔的木材气凝胶浸入合成MOF材料的前驱体溶液中进行搅拌，通过原位合成法或水热合成法构建了一种MOF/木材气凝胶复合材料。本专利技术制备工艺简单且易操作，成本较低。不仅使木材气凝胶的本征结构皱缩、纤维骨架易塌陷使性能下降的问题得以解决，还因MOF纳米颗粒的引入使木材气凝胶具有功能特性。该复合材料结合了MOF增强相与木材气凝胶基体各自的结构特征优势使得其在阻燃、吸附、储能、电磁屏蔽和气体分离等前沿领域具有广阔的应用前景。本专利技术以木材气凝胶、有机配体、有机溶剂和金属盐溶液为主要原料，通过原位合成法或水热合成法使得合成的MOF均匀的“生长”在木材气凝胶纤维骨架表面上，表明了MOF无机
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有机杂化纳米材料在木材气凝胶基体中的有效负载，成功构筑出一种具备良好阻燃及吸附特性的新型生物质气凝胶复合材料。本专利技术涉及的原料来源丰富广泛，为开发高附加值的生物质复合材料提供了一条有效途径。
[0018]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0019]图1为本专利技术轻木气凝胶素材层状结构。
[0020]图2为本专利技术MOF/轻木气凝胶复合材料孔腔内壁成功负载MOF纳米颗粒。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步阐述：
[0022]本专利技术提出了以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员
可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0023]需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0024]请参阅图1、图2所示，本专利技术提供一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：
[0025]步骤(1)，将木材放入一定浓度配比的次氯酸钠溶液中，并置于恒温水浴锅中进行脱木素工艺处理，待木材经过脱木素工艺完全反应后对木材进行洗涤，再将木材转移至低温环境下的冷冻干燥机中进行干燥处理，得到轻质多孔的木材气凝胶材料。
[0026]步骤(2)，采用原位合成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)将木材放入一定浓度配比的次氯酸钠溶液中，置于恒温条件下的水浴锅中进行脱木素工艺处理，再将脱木素工艺反应完全后的木材在低温环境下进行真空冷冻干燥，得到多孔轻质的木材气凝胶；步骤(2)采用原位合成法将步骤(1)制备的木材气凝胶放入MOF前驱体溶液中进行搅拌，通过充分搅拌混合反应后进行洗涤、干燥，得到MOF/木材气凝胶复合材料；或采用水热合成法将步骤(1)所得木材气凝胶放入MOF的前驱体溶液中转移至聚四氟乙烯水热反应釜中，并放入烘箱中加热到一定温度，且保温一段时间，待反应结束后对木材气凝胶样品进行洗涤，干燥，得到MOF/木材气凝胶复合材料。2.根据权利要求1所述一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述木材为轻木、杨木、杉木、松木、橡胶木、枫木、桦木和/或柏木。3.根据权利要求1所述一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述次氯酸钠溶液浓度配比为1～10％。4.根据权利要求1所述一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述脱木素工艺中恒温水浴锅的反应温度为70～120℃，脱木素工艺反应时间为6～54h。5.根据权利要求1所述一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述冷冻干燥工艺中木材气凝胶的真空冷冻干燥时间为6～48h，真空冷冻干燥温度为
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50～
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70℃。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱刚，张朝岭，邓书端，孙浩，李顺艳，李辉，康昆勇，李凯钱，张旭鹏，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：