一种高载量纳米结构聚苯胺复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高载量纳米结构聚苯胺复合材料的制备方法，利用纸浆纤维为基底，以肌醇六磷酸为掺杂剂，以茜素红S为调控剂，将纸浆纤维和苯胺单体分散在溶解有掺杂剂和调控剂的溶液中，再将氧化剂滴加到上述混合分散液中，经过原位氧化聚合过程，纳米结构聚苯胺包覆在纸浆纤维表面，最后过滤、洗涤、干燥，得到高载量纳米结构聚苯胺复合材料。本发明专利技术制备方法得到的高载量纳米结构聚苯胺复合材料具有活性材料负载量高、电化学性能优异等特性；本发明专利技术工艺过程简单，原料利用率高，无需复杂设备，适合大规模的工业生产；本发明专利技术中所用原料纸浆纤维来源广泛，可降解、可再生；成本较低，绿色安全，对环境保护和促进柔性储能材料的发展有着重要意义。展有着重要意义。展有着重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种高载量纳米结构聚苯胺复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚苯胺复合材料
，尤其涉及一种高载量纳米结构聚苯胺复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]导电聚合物，如聚苯胺、聚吡咯等，是一类新型高分子功能材料，可以通过自身的导电性或掺杂其他材料来实现其特有的导电功能。在这些导电聚合物中，由于成本低、制备简单和独特的掺杂行为，聚苯胺受到了极大的关注。同时，聚苯胺还具有较高的理论比电容，在储能领域有广阔的应用前景。作为储能材料，聚苯胺在充放电时可以进行可逆的n型、p型掺杂和去掺杂的氧化还原反应，使电荷存储在聚合物链中，从而产生法拉第电容。由于在整个充放电过程中，电极材料的相变基本不发生变化，所以其储能有较好的可逆性。此外，聚苯胺还是研究最多的本征导电聚合物，因为它具有优异的电化学和光学性能，易于合成，且具有较高的工作电压，可塑性好等特点。聚苯胺在处于半氧化半还原状态时，其分子结构是一种可通过质子酸掺杂变为导体的苯
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醌交替结构，称为翠绿色中间氧化态，且此时聚苯胺电导率最大。但是，聚苯胺存在无法成膜、机械加工性能差的缺点，很难直接应用，只能与其他材料复合来获得片状或膜状材料。
[0003]纸浆纤维是制浆造纸工业最常见的材料，具有来源广泛、成本低和可机械加工性能等优点，是一种优异的基底材料。将纸浆纤维作为负载聚苯胺的基底材料可以改善聚苯胺的机械加工性能，制备低成本高性能的储能材料，扩大聚苯胺应用领域，推进聚苯胺的产业化应用。
[0004]目前，聚苯胺在纸浆纤维上的负载多采用原位聚合法，可以完整的保持纸张多孔性并保证聚苯胺在纸张表面和内部的均匀分布。但是在原位聚合过程中，聚苯胺在纸浆纤维上的沉积量有限，难以获得高载量聚苯胺复合材料。研究表明，提高苯胺单体和氧化剂等反应物添加量可以提高聚苯胺的负载量。但是，这样不仅会提高成本，还会提高废水处理的难度，并且制备的复合材料中的聚苯胺还会产生严重的团聚现象，导致复合材料整体性能下降。
[0005]因为有必要提出一种新的高载量纳米结构聚苯胺复合材料及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于，针对在原位聚合过程中，聚苯胺在纸浆纤维上的沉积量有限，难以获得高载量聚苯胺复合材料的问题，提出了一种高载量纳米结构聚苯胺复合材料及其制备方法。
[0007]本高载量纳米结构聚苯胺复合材料的制备方法，包括：对纸浆纤维进行酶预处理，再以磺基水杨酸为掺杂剂，过硫酸铵为氧化剂，茜素红S为形貌调控剂，通过原位聚合过程制备出高载量纳米结构聚苯胺复合材料。
[0008]制备方法具体包括以下步骤：
[0009]步骤一、对纸浆纤维进行预处理：
[0010]在室温下，将纸浆纤维置于密封袋中；加入纤维素酶溶液，再迅速加入pH为4.8的醋酸
‑
醋酸钠缓冲溶液，揉搓1
‑
2min使纤维分散均匀，将上述密封袋封口后放入水浴中静置一段时间；取出用乙醇洗去杂质，即可得到快速酶预处理纸浆纤维；
[0011]进一步地，纸浆的绝干质量为0.5g；纤维素酶溶液的用量为0.05
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0.3mL，浓度为3.5EGU/mL；缓冲溶液的用量为50mL。水浴温度为10
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50℃，静置时间为1
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20min。
[0012]步骤二、准备高载量纳米结构聚苯胺复合材料：
[0013]将快速酶预处理纸浆纤维置于圆底烧瓶中，并置于冰水浴中；将磺基水杨酸和茜素红S溶液加入烧瓶并进行机械搅拌20min；加入苯胺单体，继续搅拌30min；随后逐滴加入过硫酸铵溶液，并继续在冰水浴条件下搅拌一段时间；反应结束后，过滤、洗涤，直至滤液变为无色以除去杂质；所得的复合材料随后抽滤、压榨、干燥，获得高载量纳米结构聚苯胺复合材料。
[0014]进一步地，磺基水杨酸的用量为100mL，浓度为0.1
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0.8mol/L；茜素红S的用量为50mL，浓度为0.1
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0.8mol/L；苯胺单体的用量为0.1
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1mL；过硫酸铵的用量为50mL，浓度为1
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10mmol/L。冰水浴中搅拌时间为1
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6h。
[0015]本专利技术的原理：
[0016]为了提高聚苯胺复合材料中的聚苯胺的负载量，本专利技术通过对纸基纤维进行快速酶预处理来激活纸浆表面的反应活性基团，提高纸浆纤维的比表面积，为聚苯胺的沉积提供更多的活性位点，促进聚苯胺在纸浆纤维上的高效原位沉积，进而达到提高聚苯胺负载量的目的。
[0017]同时，引入茜素红S为形貌调控剂，对高载量聚苯胺的微观形貌进行调控。一方面，茜素红S含有磺酸基，可以作为掺杂剂进入聚苯胺聚合物链中，其蒽醌基团空间位阻较大，可以阻止聚苯胺链与链之间的靠近，减少聚苯胺粒子之间的团聚；另一方面茜素红S含有羟基，可以赋予聚合物链亲水性，提高其在水相中的分散性能，减少颗粒间的团聚。利用茜素红S对聚苯胺的微观形貌进行调控，避免高载量聚苯胺的团聚，促进聚苯胺形成纳米结构。最终，通过快速酶预处理和茜素红S掺杂调控，得到高载量纳米结构聚苯胺复合材料。
[0018]实施本专利技术，具有如下有益效果：
[0019]本专利技术公开了一种高载量纳米结构聚苯胺复合材料的制备方法，工艺过程简单，原料利用率高，无需复杂设备，适合大规模的工业生产；
[0020]本专利技术中所用原料纸浆纤维来源广泛，可降解、可再生；
[0021]本专利技术所制备的高载量纳米结构聚苯胺复合材料成本较低，绿色安全，对环境保护和促进柔性储能材料的发展有着重要意义。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。
[0023]图1为实施例3中制得的高载量纳米结构聚苯胺复合材料的扫描电镜图片；
[0024]图2为实施例4中制得的高载量纳米结构聚苯胺复合材料的扫描电镜图片；
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]实施例1
[0027]将0.5g纸浆纤维置于圆底烧瓶中，并置于冰水浴中；将浓度为0.1mol/L的100mL磺基水杨酸和浓度为0.1mol/L的50mL茜素红S溶液加入烧瓶并进行机械搅拌20min；加入0.5mL苯胺单体，继续搅拌30min；随后逐滴加入过硫酸铵溶液，过硫酸铵的用量为50mL，浓度为1mmol/L，并继续在冰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高载量纳米结构聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括：对纸浆纤维进行酶预处理，再以磺基水杨酸为掺杂剂，过硫酸铵为氧化剂，茜素红S为形貌调控剂，通过原位聚合过程制备出高载量纳米结构聚苯胺复合材料。2.根据权利要求1所述的高载量纳米结构聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一、对纸浆纤维进行预处理：在室温下，将纸浆纤维置于密封袋中；加入纤维素酶溶液，再迅速加入pH为4.8的醋酸
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醋酸钠缓冲溶液，揉搓1
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2min使纤维分散均匀，将上述密封袋封口后放入水浴中静置一段时间；取出用乙醇洗去杂质，即可得到快速酶预处理纸浆纤维；步骤二、准备高载量纳米结构聚苯胺复合材料：将快速酶预处理纸浆纤维置于圆底烧瓶中，并置于冰水浴中；将磺基水杨酸和茜素红S溶液加入烧瓶并进行机械搅拌20min；加入苯胺单体，继续搅拌30min；随后逐滴加入过硫酸铵溶液，并继续在冰水浴条件下搅拌一段时间；反应结束后，过滤、洗涤，直至滤液变为无色以除去杂质；所得的复合材料随后抽滤、压榨、干燥，获得高载量纳米结构聚苯胺复合材料。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩守一，常紫阳，陈建斌，张凯勇，李喆，黄良宇，郭大亮，沙力争，赵会芳，孟锦，梅家硕，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：