[发明专利]一种制备纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于杂化纳米复合材料制备与应用技术领域，具体涉及一种制备纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜的方法。

背景技术

纤维素是世界上最丰富的可生物降解、可再生的天然高分子材料，植物每年通过光合作用，能生产出亿万吨的纤维素。晶态纳米纤维素是天然纤维素复合材料的结构支撑体，从天然纤维素中分离出纳米纤维素，并由此产生的纳米尺度效应使它拥有优越的机械性能。在微-纳米多尺度范围内操控纳米纤维素分子及其超分子聚集体，进一步由此创制出具有优异功能的新纳米精细化工品、新纳米材料，目前已成为纤维素科学研究的前沿领域和攻关热点。

无机纳米材料尽管化学组成灵活可调、功能特性丰富，却通常缺乏超分子聚集体或其他有机高分子的结构多样性和易加工成型性。纳米纤维素作为一种新型的生物纳米材料，其较高的比表面积、精细的三维纳米网状结构和表面大量的活性反应位点可作为“生物模板剂”使用，以期获得形貌、尺寸可控且分布均匀的纳米复合材料。用纳米无机物对NCC进行掺杂，不仅可以使纳米纤维素获得更优异的力学性能，同时可赋予NCC更加丰富的光、电、磁、吸附、催化等功能。因此，将纳米纤维素这一新型生物材料与各种功能性无机纳米相进行复合，产生的新产品和新功能是无法估量的。综上，开展功能型纳米无机物/纳米纤维素复合材料的可控制备与性能研究，对于推动纳米纤维素在新技术、新材料和新能源中的应用研究具有重要的科学意义。以高锰酸钾为氧化剂，利用废弃丝瓜络制得的纳米纤维素胶体悬浮液为稳定剂、模板剂和还原剂，原位制备出纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜的相关研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜的方法，它是一种利用天然废弃丝瓜络作为原料，采用温和的条件制备纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜的方法。该方法是利用纳米纤维素胶体悬浮液为稳定剂、模板剂和还原剂，高锰酸钾为氧化剂，一步原位制备纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜，是一种力学性能优良且兼具光、热、电磁等功能的复合材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜的方法包括以下步骤：

（1）将废弃丝瓜络原料洗净，自然晾干，粉碎，过40目筛，105~110℃烘干12~24h至恒重后，用密封袋封装后置于干燥器中备用；

（2）将步骤（1）中所述的丝瓜络粉末置于索氏提取器中，用苯醇溶液在80~100℃下抽提5~8 h，用亚氯酸钠在酸性条件下65~85℃处理6~9h，用质量分数为1~6%的氢氧化钾溶液在80~100℃下处理3~5h，用质量分数为0.5~2%的盐酸在70~90℃下再处理1~3h，冷却，用去离子水洗至中性，再进行冷冻干燥后得微晶纤维素粉末，收集置于干燥器中备用；

（3）将步骤（2）中所述的微晶纤维素粉末与质量分数为64 %的硫酸溶液混合反应30~60min，离心，透析，浓缩，即制得纳米纤维素胶体悬浮液；

（4）将步骤（3）中所述的纳米纤维素胶体悬浮液与高锰酸钾溶液混合超声1~ 6h后透析，直至透析液的颜色没变化，制得纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素胶体复合物，再将其置于培养皿中，自然蒸发数天，即得纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素复合薄膜。

步骤（2）所述的苯醇溶液为苯-乙醇混合液，其体积比为1.5~2.5:1。

步骤（2）所述的酸性条件为pH = 4~5，采用冰醋酸调节。

步骤（3）所述的微晶纤维素粉末的质量与硫酸的体积比为1 g:8~12mL。

步骤（3）所述的混合反应温度为30~60℃。

步骤（3）所述的浓缩后制得纳米纤维素胶体悬浮液固含量为1~ 3%。

步骤（4）所述的纳米纤维素胶体悬浮液与高锰酸钾溶液的体积比为1~20:1。

步骤（4）所述的高锰酸钾溶液的浓度为0.01~0.1mol/L。

本发明的优点及创新点在于：

利用废弃丝瓜络为原料，充分发挥纳米纤维素力学性能优良以及可作为天然还原剂、模板剂和稳定剂的多向作用，在没有任何添加剂和表面修饰的情况下，与高锰酸钾在室温下进行原位的氧化还原反应，一步制备获得力学性能优良、热稳定性好且兼具光、电磁等功能的纳米二氧化锰/纳米微晶纤维素杂化材料，以上研究未见相关的国内外文献报道。本发明不仅有利于丝瓜络农林废弃物的高值化利用，同时也为功能性无机相/纳米纤维素复合材料的简易制备提供新借鉴。

附图说明

图1为本发明所得的纳米二氧化锰粉末的X射线衍射分析图。