一种基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料制备方法。将宏观多孔材料MAs置于容器中，加入纤维蛋白原Fg并挤压以混合均匀，再加入凝血酶Thr混匀，静置反应生成纤维蛋白@MAs复合体；将纳米多孔材料NMs负载于纤维蛋白@MAs复合体上，经水清洗制得三级多孔复合体。本发明专利技术基于纤维蛋白纤维桥联大孔与纳米多孔材料构建获得的新型三级多孔结构，实现了同一材料中高传质与高比表面积的兼容，所得复合体展现了良好的吸附有害物特性，实现了NMs在复合体中的大量且稳定负载，复合体兼容了高传质效率与大比表面积和活性位点。质效率与大比表面积和活性位点。质效率与大比表面积和活性位点。

A preparation method of tertiary porous materials based on fibrin fiber bridging

【技术实现步骤摘要】
一种基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料制备方法


[0001]本专利技术属于宏观材料制备
的一种新型多级多孔结构复合体的制备 方法，具体涉及了一类制备基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料的技术方法。

技术介绍

[0002]过去近几十年，多孔材料在能源、环境、催化、传感等领域引起了广泛的 研究兴趣。一方面，具有微米级直径孔隙(1
‑
1000μm)的宏观多孔材料(MAs)， 如海绵、泡沫和水/气凝胶等，展现了高传质效率、优异机械稳定性和宏观可操 作性。但一般化学惰性，且过大的孔隙常导致材料单位体积的表面积小(即低 的空间利用率)。另一方面，孔隙直径在(亚)纳米级的纳米多孔材料(NMs)， 如金属有机框架材料(MOFs)、介孔二氧化硅和活性炭等，具有高的比表面积 和丰富的活性位点，但易团聚、难加工不便于操作。将两类材料有机地结合起 来以最大限度地发挥多孔材料的特性，即在一个材料中实现高传质效率与高比 表面积的兼容具有科学研究价值和广泛的应用前景。
[0003]现行的结合策略主要可分为两类，一类是以NMs为基本单元构建MAs，另 一类则是将NMs通过原位生长、聚合物交联等方式修饰至预先制备的MAs上。 前者被用于了各类高比表面积宏观材料的制备，但常存在孔结构不明确、传质 效率和机械强度较低等问题。后者可维持MAs大的孔隙率，但通常是将NMs 修饰于MAs框架，空间利用率仍然较低。总体来看，上述制备策略通过构建二 级多孔结构实现了MAs和NMs的结合，但仍未很好地实现高传质效率与高空 间利用率的兼容，这主要是因为MAs与NMs孔隙尺度上存在巨大差距。与此 同时，大多数结合制备过程繁琐、耗时较长，材料成分、结构等不灵活可调， 因此亟需新的制备方法和更为精巧的结构来打破差距，实现兼容。

技术实现思路

[0004]为了解决背景中的现状和难题，本专利技术目的在于构建一种基于纤维蛋白桥 联的新型三级多孔复合材料，实现同一宏观材料中高比表面积与高传质效率的 兼容。
[0005]本专利技术采用的技术方案及具体制备步骤如下：
[0006]1)取宏观多孔材料MAs裁成成一定尺寸和形状，经清洗、干燥后储藏备 用；同时取纳米多孔材料NMs配置成一定浓度的悬浮液，超声均匀分散备用；
[0007]2)将宏观多孔材料MAs置于一容器中，容器如96孔板的孔，向宏观多孔 材料MAs中加入一定体积的纤维蛋白原Fg并适当挤压以混合均匀，再加入凝 血酶Thr混匀，静置反应一段时间等待纤维蛋白在宏观多孔材料MAs内部原位 聚合，生成纤维蛋白@MAs复合体；
[0008]纤维蛋白原Fg和凝血酶Thr反应生成纤维蛋白，纤维蛋白直接在宏观多孔 材料MAs内部孔隙中生成。
[0009]3)反应一段时间后，通过一定方式将纳米多孔材料NMs负载于纤维蛋白 @MAs复合体上，最后经大量水清洗以去除负载不牢固的纳米多孔材料NMs， 制得三级多孔复合体，储存备用。
[0010]所述的宏观多孔材料MAs的孔径在1
‑
1000μm范围，材料形式可为海绵、 泡沫、气凝胶等各类三维多孔材料，材料种类包括但不限于三聚氰胺(MS)、 聚氨酯(PS)、镍(NF)、石墨烯等；
[0011]所述的纳米多孔材料NMs的孔径在纳米级别，包括但不限于具有微孔、介 孔结构的纳米多孔材料，种类包括但不限于金属有机框架、共价有机框架、介 孔硅等。
[0012]同一复合体中负载以上一种或多种NMs的组合。
[0013]所述步骤1)中，纳米多孔材料NMs溶液浓度为20μg mL
‑1‑
15mg mL
‑1。
[0014]所述步骤2)中的纤维蛋白原Fg和凝血酶Thr均用磷酸盐缓冲溶液PBS配 置，磷酸盐缓冲溶液PBS的配方组成包括0.01M的NaH2PO4‑
Na2HPO4、0.15M 的NaCl且pH 7.0。
[0015]所述步骤2)中，纤维蛋白原Fg用磷酸盐缓冲溶液PBS配置的溶液中，纤 维蛋白原Fg的浓度为0.75
‑
2.5mg mL
‑1；凝血酶Thr用磷酸盐缓冲溶液PBS配 置的溶液中，凝血酶Thr的浓度为100
‑
200U mL
‑1，纤维蛋白原Fg和凝血酶Thr 用磷酸盐缓冲溶液PBS配置的溶液的体积根据宏观多孔材料MAs的容量确定。
[0016]所述步骤2)中，纤维蛋白原Fg与凝血酶Thr的静置反应时间为10s
‑
7min。
[0017]所述步骤3)中，一定方式具体采用原位包埋法或者吸附法。
[0018]所述原位包埋法是向步骤2)所得的纤维蛋白@MAs复合体中直接加入一 定量的纳米多孔材料NMs，而后静置反应10s
‑
7min后，经戊二醛(GA)交联、 水洗制备得到。
[0019]所述吸附法则是先将2)所得的纤维蛋白@MAs复合体经水洗除掉纤维蛋 白原Fg和凝血酶Thr等原料和产物，再将纤维蛋白@MAs复合体浸泡于纳米多 孔材料NMs的溶液中，震荡3h
‑
12h后取出复合体，水洗制得。
[0020]本专利技术的以上所有反应均在常温25℃条件下进行。
[0021]上述方法制备得到的各类复合体的应用范围包括但不限于水体净化、催化、 传感等。
[0022]本专利技术的创新在于将不同孔隙关系的宏观多孔材料Mas和纳米多孔材料 NMs进行结合，通过在宏观多孔材料MAs内部原位聚合生成纤维蛋白形成复合 体，再将复合体和纳米多孔材料NMs进行负载生成，获得宏观多孔、纤维蛋白 和纳米多孔的新型三级多孔材料。
[0023]本专利技术基于纤维蛋白纤维桥联大孔与微孔材料构建获得的新型三级多孔结 构，实现了同一材料中的高传质与高比表面积的兼容，所得复合体展现了良好 的吸附有害物特性。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0025]本专利技术的复合体具有特殊的三级多孔结构，既保证了在应用中有充分的传 质途径，也实现了NMs在复合体中的大量且稳定负载，复合体兼容了高传质效 率与大比表面积和活性位点。
[0026]本专利技术得益于高效的生物聚合反应机理，该方法操作简单、快速、具有普 适性。
附图说明
[0027]图1为实施例1中Zr
‑
LMOFs
‑
纤维蛋白
‑
三聚氰胺海绵(Zr
‑
F@MS)的扫描 电镜图；
[0028]图2为实施例1中Zr
‑
F@MS的荧光发射光谱、X射线衍射光谱、傅里叶变 换红外光谱图；
[0029]图3为实施例1中Zr
‑
F@MS稳定性表征结果图；
[0030]图4为实施例1中Zr
‑
F@MS吸附亚甲基蓝(MB)的结果图；
[0031]图5为实施例2中Zr
‑
LMOFs
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料制备方法，其特征在于：1)取宏观多孔材料MAs裁成，经清洗、干燥后储藏备用；同时取纳米多孔材料NMs配置成一定浓度的悬浮液，超声均匀分散备用；2)将宏观多孔材料MAs置于一容器中，向宏观多孔材料MAs中加入纤维蛋白原Fg并挤压以混合均匀，再加入凝血酶Thr混匀，静置反应一段时间等待纤维蛋白在宏观多孔材料MAs内部原位聚合，生成纤维蛋白@MAs复合体；3)反应后，通过一定方式将纳米多孔材料NMs负载于纤维蛋白@MAs复合体上，最后经水清洗以去除负载不牢固的纳米多孔材料NMs，制得三级多孔复合体。2.根据权利要求1所述的一种基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料制备方法，其特征在于：所述的宏观多孔材料MAs的孔径在1
‑
1000μm范围；所述的纳米多孔材料NMs的孔径在纳米级别。3.根据权利要求1所述的一种基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料制备方法，其特征在于：同一复合体中负载以上一种或多种NMs的组合。4.根据权利要求1所述的一种基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，纳米多孔材料NMs溶液浓度为20μg mL
‑1‑
15mg mL
‑1。5.根据权利要求1所述的一种基于纤维蛋白纤维桥联的三级多孔材料制备方法，其特征在于：所述步骤2)中的纤维蛋白原Fg和凝血酶Thr均用磷酸盐缓冲溶液PBS配置，磷酸盐缓冲溶液PBS的配方组成包括0.01M的NaH2PO4‑
Na2HPO4、0...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅迎春，张琳，张子妍，孙裕鑫，应义斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：