一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法及其吸油应用技术

本发明专利技术涉及一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法及其吸油应用，属于气凝胶技术领域，以羽绒、羽毛、废弃蚕丝等天然资源为原料，采用尿素/盐酸胍、乳酸/半胱氨酸等低共熔溶剂液相剥离技术提取再生微/纳米纤维，并以此为前驱体，通过冷冻诱导组装和MTMS化学气相沉积改性方法制备了多功能气凝胶，气凝胶的密度和孔隙率可达5.36mg/cm3和99.63%，具有多尺度纤维网络骨架结构，展现出优异的压缩性能和耐疲劳回弹性，80%应变下的应力高达15.72kPa，且在100次循环后相对高度保持在81%以上，导热系数与环境条件下的空气导热系数相当，气凝胶的表面形成了硅氧烷网络结构，赋予其超疏水性能，水接触角为150.9

【技术实现步骤摘要】
一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法及其吸油应用


[0001]本专利技术涉及气凝胶
，具体涉及一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法及其吸油应用。

技术介绍

[0002]生物聚合物气凝胶是一种由天然生物材料制备的新型三维多孔材料，具有是密度低、孔隙率高、比表面积大和可再生性，在药物释放、细胞增殖和组织工程支架等生物医学领域引起了广泛关注。在迄今已知的各种天然生物材料中，再生蛋白更具优势，蛋白由交替的疏水性和亲水性嵌段组成，再生蛋白制备的气凝胶材料可以同时吸附和结合水基和含油污染物分子，具有具有储存容量大的优势。众所周知，羽绒、羽毛、废弃蚕丝等天然资源资源丰富，成本较低，若不加以利用，还将对环境造成污染，为此，国内外学者广泛关注到了再生蛋白的提取及蛋白基新材料的制备，例如CN111850760A一种利用废旧蚕丝制备高取向度丝素纳米纤维纱线的方法等。
[0003]与之同时，随着生产生活中含油污或非极性有机溶剂废水的大量排放以及海上原油泄露事故的频繁发生，水中油污染已经对人类健康和生态环境安全产生了严重威胁。因此，如何高效、快速地解决水中油污染问题成为当前亟待攻克的难题。目前，处理水中油污染问题的主要方法有直接燃烧法、物理机械法、生物降解法、化学处理法以及投放吸油材料法。其中，由于投放多孔吸油材料法具有方便、高效以及避免二次污染等优势应用最为广泛。当前，多孔吸油材料主要有高分子海绵（如聚氨酯、聚苯烯）、纳米碳基气凝胶（石墨烯、碳纳米管）、纳米纤维素气凝胶以及最近的MXene基气凝胶等。尽管上述多孔材料展现出优良的吸油性能，但是仍然存在制备工艺复杂、生物降解性差、原料价格昂贵以及力学性能较差等缺点。因此，开发高效、力学弹性优异以及绿色环保的生物质多孔吸油材料，有助于解决油污染问题，缓解能源危机，符合“双碳”目标要求。
[0004]再生蛋白基气凝胶是一种典型的生物质多孔材料，具有丰富的物理/化学吸附位点，在环境处理领域展现出广阔的应用前景。不同于无机气凝胶和有机聚合物气凝胶，蛋白气凝胶在传统气凝胶的特性的基础上（如低密度、高孔隙率、高比表面积以及超低的导热系数等），同时还融入了蛋白本身的生物相容性、生物降解性和易于化学修饰等优良性能，是一种具有开发前景的绿色环保型多孔吸附材料。然而，蛋白分子链中含有大量的亲水性嵌段，使其具有较强的吸水能力，将气凝胶材料直接用于水中油污染处理的同时也会吸附大量的水，导致油水选择性不高，处理效率低，严重影响使用效果。通过化学修饰在蛋白分子链上引入疏水性基团是提升蛋白气凝胶吸油性能的有效途径。Maleki等人以聚甲基倍半硅氧烷（PMSQ）为改性剂，通过连续的溶胶
‑
凝胶法制备了吸油性能优异的蛋白
‑
PMSQ复合气凝胶，但制备工艺过于冗长，且传统溶解
‑
再生工艺破坏了天然蚕丝精妙的层次结构，不可避免地会引起再生蛋白气凝胶力学弹性降低，导致其在吸附
‑
挤压过程中吸油能力下降。尽管引入的PMSQ提高了蛋白气凝胶的压缩强度，但是其力学弹性已不再受重视。Shome和Zhou等团队分别采用烷基胺和氧化石墨烯/三聚氰胺改性再生蛋白气凝胶，赋予了其优良的力学
弹性。然而，制备的蛋白
‑
烷基胺气凝胶和蛋白
‑
氧化石墨烯/三聚氰胺气凝胶的吸油能力相对较差，两者的最高吸油倍率仅为40g/g和77g/g。
[0005]综上所述，将蛋白气凝胶用于水中油污染处理必须具备高吸油能力和优异的力学弹性。然而，目前鲜有关于超弹性、超疏水蛋白气凝胶的制备与吸油性能的报道。本领域技术人员亟待开发一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法及其吸油应用，满足现有的应用需求和性能要求。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法及其吸油应用。
[0007]为此，本专利首先采用尿素/盐酸胍低共熔溶剂（DES）将脱胶蚕丝剥离成蛋白微
‑
纳米纤维,以下简称为SMNF，通过冷冻诱导组装构建具有分层多孔结构的SMNF气凝胶；以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）为改性试剂，通过化学气相沉积法对SMNF气凝胶进行疏水改性，为超弹性、高吸油能力蛋白基气凝胶的开发以及水中油污染问题的解决提供一种绿色、高效和简单的方案。
[0008]一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法，包括如下步骤：（1）蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶制备：将尿素和盐酸胍以2:1的摩尔比混合，在90℃下磁力搅拌2h，直至形成澄清透明的粘稠状液体，得到尿素/盐酸胍低共熔溶剂；称取1g再生蛋白原料，剪碎并加入到100g的尿素/盐酸胍低共熔剂中，在100℃下剥离24h，得到浆糊状混合物，对上述浆糊状混合物进行多次真空过滤洗涤，去除残留的低共熔剂，直至滤液的电导率≤20μS
·
cm
‑
1，室温干燥后，得到尿素/盐酸胍低共熔溶剂剥离的蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶，将制备的蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶重新分散到去离子水中，磁力搅拌30min后，进行超声处理，制成浓度为6mg/mL的蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶分散液，将蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶分散液倒入聚四氟乙烯的模具中，随后放入真空冷冻干燥机的冷阱中，在
‑
60℃下冷冻15h，然后真空冷冻干燥48h，得到蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶；（2）蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶疏水改性：以甲基三甲氧基硅烷为改性剂，其密度0.9 g/cm3，采用化学气相沉积法对蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶进行疏水改性：将分别装有2mLMTMS与1mL去离子水的两个开口的小烧杯以及预先制备的蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶置于密封的玻璃容器中，在80℃的干燥箱中反应6h，待反应结束后，将气凝胶样品放置真空干燥箱中于60℃下干燥12h以去除未反应的MTMS，得再生蛋白基高强气凝胶。
[0009]进一步的，所述步骤（1）中再生蛋白原料为废弃羽毛、废弃蚕丝中的其中一种。
[0010]进一步的，所述步骤（1）中超声处理为功率400W、频率50KHz下超声2h。
[0011]上述一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法制备得到的再生蛋白基高强气凝胶。
[0012]上述一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法制备得到的再生蛋白基高强气凝胶用于吸油的应用。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术公开制备的M
‑
SMNF气凝胶具有超轻特性，气凝胶具有典型的分级多孔胞腔结构，主要包括超细的蛋白微米纤维、几百纳米的蛋白亚微米纤维以及几十纳米的蛋白纳米纤维通过纠缠形成的。其中，超细的SMF交织在气凝胶的纤维网络框架结构中，对其骨架具有支撑作用。此外，这种三维纤维网络框架结构使再生蛋白基高强气凝胶，以下简称为M
‑
SMNF气凝胶，具有超高的孔隙率，有利于对水中油剂的大量吸附。相比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）采用低共熔溶剂对再生蛋白原料进行剥离，真空过滤洗涤、干燥后，得到蛋白微
‑
纳米纤维；（2）将制备的蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶重新分散到去离子水中，磁力搅拌20~30min后，进行超声处理，制成浓度为6mg/mL的蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶分散液；（3）将蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶分散液倒入聚四氟乙烯模具中，随后放入真空冷冻干燥机的冷阱中，在
‑
60℃下冷冻15h，然后真空冷冻干燥48h，得到蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶；（4）蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶疏水改性：重量份数计，将分别装有甲基三甲氧基硅烷与去离子水的两个开口的小烧杯以及步骤（3）制备的蛋白微
‑
纳米纤维气凝胶置于密封的玻璃容器中，在80℃的干燥箱中反应6h后，放置真空干燥箱中于60℃下干燥12h以去除未反应的甲基三甲氧基硅烷，得再生蛋白基高强气凝胶。2.如权利要求书1所述的一种再生蛋白基高强气凝胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中再生蛋白原料为羽毛、废弃蚕丝中的其中一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗乾，杨海伟，童彪，杨其亮，卜凡，张蕙，邱学军，朱顺，刘润，
申请(专利权)人：安徽中弘鑫源纺织股份有限公司，
类型：发明
国别省市：