一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶及其制备方法，属于气凝胶材料领域；首先，提供了一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶的制备方法，以腐植酸为前驱体，向腐植酸中依次引入至少包含羟基、羧基官能团的第一天然高分子材料，和至少包含氨基官能团的第二天然高分子材料，混合后在水热条件下使混合物相互交联成凝胶，再通过冷冻干燥处理制得腐植酸基纳米超多孔气凝胶；制备的气凝胶外表面粗糙，外观颜色为棕黑色或黑色，体相为疏松超多孔网络结构。体相为疏松超多孔网络结构。体相为疏松超多孔网络结构。

【技术实现步骤摘要】
一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶及其制备方法


[0001]本专利技术属于气凝胶材料领域，尤其是一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶及其制备方法。

技术介绍

[0002]腐植酸(HA)作为一种普遍存在的天然高分子材料，来源于动植物和微生物的遗骸，是自然界中含量丰富的可再生生物聚合物之一，其具有多种有益特性，例如生物相容性、生物降解性、可再生性、反应性官能团(包括
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OH和
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COOH基团)以及广泛的水凝胶结合能力。然而，现有技术中利用腐植酸制备气凝胶的相关报道较少。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶及其制备方法，利用腐植酸制备气凝胶。
[0004]为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：根据本公开的第一方面，本专利技术提供了一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶，该气凝胶以腐植酸为前驱体，向腐植酸中依次引入至少包含羟基、羧基官能团的第一天然高分子材料，和至少包含氨基官能团的第二天然高分子材料，混合后在水热条件下使混合物相互交联成凝胶，再通过冷冻干燥处理制得腐植酸基纳米超多孔气凝胶。
[0005]根据本公开的第二方面，本专利技术提供了一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶的制备方法，包括如下步骤：步骤1、采用水溶性腐植酸或腐植酸盐制备腐植酸水溶液。
[0006]在本公开的一种示例性实施例中，腐植酸水溶液的制备过程如下：将水溶性腐植酸或腐植酸盐与水混合；其中，水溶性腐植酸或腐植酸盐的质量百分数不高于4wt%，优选2wt%。水溶性腐殖酸采用硝基腐殖酸或黄腐殖酸；腐殖酸盐采用一价腐殖酸盐或一价黄腐酸盐。
[0007]步骤2、采用至少包含羟基、羧基官能团的第一天然高分子材料制备第一天然高分子水溶液。第一天然高分子材料还可以进一步包含甲酸酯基、甲氧基。
[0008]在本公开的一种示例性实施例中，所用第一天然高分子材料采用商用的果胶、海藻酸钠、单宁酸、羧甲基纤维素、淀粉、鞣酸和褐藻胶中的任一一种；配置时，将第一天然高分子材料与水混合；其中，第一天然高分子材料的的质量百分数不高于6%，优选1wt%
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4wt%；使用高速匀浆机，以4000~12000rap/min的搅拌速度高速搅拌，使得第一天然高分子材料能够快速溶解或者分散在水中。
[0009]上述第一天然高分子材料在本专利技术中具有如下特点：其一，具有的官能团在加热和加压的条件下可以和腐植酸中的羧基、羟基官能团反应。其二，分子量大于2000，这类长分子链结构含有更多的活性官能团，其官能团可以和腐植酸内的部分官能团发生物理交联，例如产生氢键或者共价键，可以促进腐植酸与第一天然高分子材料结合。
[0010]步骤3、采用包含氨基官能团的第二天然高分子材料制备第二天然高分子乙酸溶液。
[0011]在本公开的一种示例性实施例中，所用第二天然高分子材料采用商用的壳聚糖或壳寡糖，且优选分子量大于2000的壳聚糖或壳寡糖；配置时，将第二天然高分子材料与乙酸溶液混合；其中，第二天然高分子材料的的质量百分数不高于4%，优选1wt%
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2wt%，乙酸溶液中乙酸的质量分数为2wt%；使用机械搅拌机，以4000~12000rap/min搅拌速度搅拌，使得第二天然高分子材料溶解或者分散在乙酸溶液中。该步骤中，壳聚糖或壳寡糖不溶于水，本专利技术通过添加乙酸且在搅拌条件下配置溶液。
[0012]步骤4、首先将腐植酸水溶液和第一天然高分子水溶液进行混合并搅拌制得混合溶液；之后再添加第二天然高分子乙酸溶液并搅拌制成悬浮液。
[0013]步骤4中搅拌方式为机械搅拌、磁力搅拌或超声搅拌中的任一一种，搅拌速度为100~1000rap/min或搅拌功率为50~100W下搅拌1~5min。
[0014]步骤4中，首先将腐植酸水溶液和第一天然高分子水溶液进行混合并搅拌制得混合溶液，再添加第二天然高分子乙酸溶液；这样的顺序是由于：第二天然高分子乙酸溶液中的氨基与腐植酸水溶液的羧基和羟基在室温下可以发生反应，再添加第一天然高分子水溶液后，在加热和加压的条件下，无法形成湿凝胶。同样的，第二天然高分子乙酸溶液中的氨基与第一天然高分子水溶液的羧基反应，再添加腐植酸水溶液，在加热和加压的条件下无法形成湿凝胶。详见具体实施方式中的实验。
[0015]步骤5、将步骤4制备的悬浮液在加热、加压条件下进行水热反应制备湿凝胶。
[0016]在本公开的一种示例性实施例中，悬浮液置于水热反应釜中反应，反应温度为40~200℃，反应压力为0.1~3MPa，反应时间为1~5h。
[0017]步骤6、将步骤5制备的湿凝胶冷冻干燥制得腐植酸基纳米超多孔气凝胶。
[0018]在本公开的一种示例性实施例中，使用冷冻干燥机进行冷冻干燥，冷冻干燥机冷阱温度为0~
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50℃，冷冻3
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5小时。
[0019]根据本公开的第三方面，本专利技术还提供了一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶的应用方法，将上述制得的腐植酸基纳米超多孔气凝胶通过界面蒸发法处理高盐水或者海水。
[0020]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶的制备方法，以腐植酸为前驱体，向腐植酸中依次引入至少包含羟基、羧基官能团的第一天然高分子材料，和至少包含氨基官能团的第二天然高分子材料，混合后在水热条件下使混合物相互交联成凝胶，再通过冷冻干燥处理制得腐植酸基纳米超多孔气凝胶。制备的气凝胶外表面粗糙，外观颜色为棕黑色或黑色，体相为疏松超多孔网络结构。
附图说明
[0021]图1是实施例1制得的气凝胶的宏观图。
[0022]图2是实施例1制得的气凝胶的扫描电镜图。
[0023]图3实验1.1实验结果图。
[0024]图4实验1.2实验结果图。
[0025]图5是实验2.1不同浓度腐植酸水溶液制备的腐植酸基气凝胶微观形貌图。
[0026]图6是实验2.2不同浓度果胶溶液制备的腐植酸基气凝胶微观形貌图。
[0027]图7是实验2.3不同浓度壳聚糖乙酸溶液制备的腐植酸基气凝胶微观形貌图。
[0028]图8是实验3不同水热反应时间下获得的腐植酸基气凝胶的微观形貌图。
[0029]图9是干燥的气凝胶进行压缩和压缩后吸水后的状态展示图。
[0030]图10是完全湿润的气凝胶应力应变曲线图。
[0031]图11是本专利技术一种界面蒸发装置的结构示意图；图中：烧杯1，聚乙烯泡沫2，气凝胶3，卤素灯4，冷凝室5。
[0032]图12是气凝胶淡化前后海水中的五种主要离子的浓度对比图。
具体实施方式
[0033]下面通过具体实施例对本专利技术的技术方案做详细介绍，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。以下实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0034]实施例1步骤1、取0.2g腐植酸钠与9.8g水混合配置成腐植酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶，其特征是：该气凝胶以腐植酸为前驱体，向腐植酸中依次引入至少包含羟基、羧基官能团的第一天然高分子材料，和至少包含氨基官能团的第二天然高分子材料，混合后在水热条件下使混合物相互交联成凝胶，再通过冷冻干燥处理制得腐植酸基纳米超多孔气凝胶。2.一种腐植酸基纳米超多孔气凝胶的制备方法，其特征是，包括：步骤1、采用水溶性腐植酸或腐植酸盐制备腐植酸水溶液；步骤2、采用至少包含羟基、羧基官能团的第一天然高分子材料制备第一天然高分子水溶液；步骤3、采用包含氨基官能团的第二天然高分子材料制备第二天然高分子乙酸溶液；步骤4、首先将腐植酸水溶液和第一天然高分子水溶液进行混合并搅拌制得混合溶液；之后再添加第二天然高分子乙酸溶液并搅拌制成悬浮液；步骤5、将步骤4制备的悬浮液在加热、加压条件下进行水热反应制备湿凝胶；步骤6、将步骤5制备的湿凝胶冷冻干燥制得腐植酸基纳米超多孔气凝胶。3.根据权利要求2所述的腐植酸基纳米超多孔气凝胶的制备方法，其特征是：步骤1腐植酸水溶液的制备过程如下：将水溶性腐植酸或腐植酸盐与水混合；其中，水溶性腐植酸或腐植酸盐的质量百分数不高于4wt%；水溶性腐殖酸采用硝基腐殖酸或黄腐殖酸；腐殖酸盐采用一价腐殖酸盐或一价黄腐酸盐。4.根据权利要求2所述的腐植酸基纳米超多孔气凝胶的制备方法，其特征是：步骤2所用第一天然高分...

【专利技术属性】
技术研发人员：付蕊，苗长青，赛华征，王亚雄，
申请(专利权)人：内蒙古桑谷农业有限公司，
类型：发明
国别省市：