一种高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法及应用，属于高分子材料技术领域。所述高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)在细菌纤维素分散液中加入1，2，3，4

【技术实现步骤摘要】
一种高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及一种高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]含油污水来源广泛，包括石油泄露(石油开采、运输等)，工业(纺织、石化等)以及生活污水(餐饮业)等。油污染对环境尤其是水体造成的破坏日益严重，基于高性能吸收材料的油水分离技术已引起广泛关注。由天然纤维素制备的气凝胶具有低密度、高比表面积以及高孔隙率的特征，经疏水改性后对油类具有极强的选择吸附性。然而，纤维素气凝胶的机械性能普遍较差，难以实现油类的脱附和气凝胶本身的重复利用，严重限制了其应用。
[0003]溶剂萃取、离心、蒸馏是实现气凝胶对油类的循环吸附
‑
脱附的常用方法，但这些方法普遍能耗高、工艺繁琐。采用机械压缩的方式挤出气凝胶吸附的油类是一种非常理想的回收方式，但这对气凝胶的机械性能提出了更高要求，尤其是弹性和耐疲劳性能，从而实现油类回收的吸附材料的循环使用，并可以通过机械压缩挤出的方式实现油类的脱附和气凝胶的重复使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述技术问题提供一种高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)在细菌纤维素分散液中加入1，2，3，4
‑
丁烷四羧酸、次亚磷酸钠，随后加入相当于细菌纤维素分散液1％体积的醋酸，并搅拌均匀，最后经凝胶老化和冷冻干燥，获得细菌纤维素气凝胶；
[0007](2)对步骤(1)所得到的细菌纤维素气凝胶进行热处理，得到酯化交联的细菌纤维素气凝胶；
[0008](3)在密封条件下，使用甲基三甲氧基硅烷对步骤(2)所得到的酯化交联的细菌纤维素气凝胶进行热化学气相沉积处理，最后得到高弹性细菌纤维素气凝胶。
[0009]有益效果：
[0010]一、本专利技术制备流程简单，通过酯化反应和硅烷沉积的方式制备的气凝胶具有高弹性、疏水性和耐疲劳性能；
[0011]二、本专利技术中步骤(1)的1，2，3，4
‑
丁烷四羧酸催化了步骤3的热化学气相沉积过程，处理时间可被缩短至30min。
[0012]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0013]优选的，所述步骤(1)中的细菌纤维素分散液的浓度为0.1wt％
‑
2wt％。
[0014]优选的，所述步骤(1)中的1，2，3，4
‑
丁烷四羧酸的质量为纤维素质量的1wt％
‑
40wt％。
[0015]优选的，所述步骤(1)中的次亚磷酸钠的质量为纤维素质量的1wt％
‑
40wt％
[0016]优选的，所述步骤(2)中的热处理温度为140
‑
200℃。
[0017]优选的，所述步骤(2)中热处理时间为1
‑
15min。
[0018]优选的，所述步骤(3)中甲基三甲氧基硅烷的质量为纤维素质量的1
‑
10倍。
[0019]优选的，所述步骤(3)中化学气相沉积的时间为20
‑
720min。
[0020]优选的，所述步骤(3)中化学气相沉积的温度为50
‑
100℃。
[0021]本专利技术的目的之二，是提供高弹性细菌纤维素气凝胶在油水分离的应用，所述高弹性细菌纤维素气凝胶为所述的高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法制得。
[0022]有益效果：将制备的气凝胶应用于油水分离领域，其对油类具有较高的吸附倍率，并能够采用机械挤出的方式再生，实现对油类的回收和气凝胶的重复使用。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本专利技术实施例1得到的高弹性纤维素气凝胶的SEM图片，a图中标尺为500um，b图中标尺为1um；
[0025]图2为实施例1制得的高弹性纤维素气凝胶在80％的应变下压缩50次的应力
‑
应变曲线图；
[0026]图3为应用例1的高弹性疏水纤维素气凝胶对不同油类的吸附倍率图；
[0027]图4为应用例1，采用机械挤压法使用高弹性疏水纤维素气凝胶对二氯乙烷(a)和正己烷(b)进行50次循环吸附
‑
脱附后的吸附倍率变化图。
具体实施方式
[0028]以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0029]实施例1
[0030]一种高弹性疏水细菌纤维素气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
[0031](1)首先配制浓度为0.5％的细菌纤维素水分散液，再向分散液中加入相对于纤维素质量10％的1，2，3，4
‑
丁烷四羧酸(BTCA)和10％的次亚磷酸钠(SHP)，然后加入相当于纤维素分散液1％体积的醋酸，并搅拌均匀，最后经凝胶老化和冷冻干燥，获得细菌纤维素气凝胶。
[0032](2)对步骤(1)的气凝胶进行在170℃下热处理5min，获得酯化交联的细菌纤维素气凝胶。
[0033](3)在一个密闭容器内，采用2倍于气凝胶质量的甲基三甲氧基硅烷(MTMS)对步骤(2)的气凝胶进行热化学气相沉积处理，温度为70℃，时间为30min，最后得到高弹性细菌纤维素气凝胶。
[0034]对本实施例1制得的高弹性细菌纤维素气凝胶进行电镜观察，如图1所示，制得的
气凝胶具有明显的微纳米层次结构。图1a中的标尺为500um，其中的微米级大孔是由大冰晶的生长所致。图1b中的标尺为1um，其中的纳米级小孔是由于纳米纤维素纤维相互堆积而成。
[0035]对本实施例1制得的高弹性细菌纤维素气凝胶进行压缩应力
‑
应变测试，样品为圆柱形气凝胶。在80％的压缩应变下，对气凝胶压缩50次，结果如图2所示。样品具有较高的弹性，压缩50次后弹性回复在80％以上。且弹性损失发生在1O次循环以内，1O次以后气凝胶的弹性十分稳定，说明经过前几次的压缩后，气凝胶内部的不稳定因素已充分得到消除，展现出较强的耐疲劳性能。
[0036]本专利技术制得的弹性气凝胶具有较好的弹性和耐疲劳性能，这种良好的性能可以归因于双交联网络。一是BTCA和纤维素酯化反应形成第一交联网络；二是在BTCA催化下，MTMS在气凝胶内部沉积形成第二交联网络。
[0037]本专利技术采用的热化学气相沉积的时间可以缩短至30min，远远低于一般报导，这主要归因于BTCA的酸性，MTMS在酸性条件下可以更快的水解并自交联成网络结构。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在细菌纤维素分散液中加入1，2，3，4
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丁烷四羧酸、次亚磷酸钠，随后加入相当于细菌纤维素分散液1％体积的醋酸，并搅拌均匀，最后经凝胶老化和冷冻干燥，获得细菌纤维素气凝胶；(2)对步骤(1)所得到的细菌纤维素气凝胶进行热处理，得到酯化交联的细菌纤维素气凝胶；(3)在密封条件下，使用甲基三甲氧基硅烷对步骤(2)所得到的酯化交联的细菌纤维素气凝胶进行热化学气相沉积处理，最后得到高弹性细菌纤维素气凝胶。2.根据权利要求1所述的高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的细菌纤维素分散液的浓度为0.1wt％
‑
2wt％。3.根据权利要求1所述的高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的1，2，3，4
‑
丁烷四羧酸的质量为纤维素质量的1wt％
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40wt％。4.根据权利要求1所述的高弹性细菌纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的次亚磷酸钠的质量为纤维素质量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚金波，胡晓东，郝銘，刘延波，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：