[发明专利]一种基于纳米MnO2修饰的双胺肟纤维素/壳聚糖复合气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米MnO₂修饰的双胺肟纤维素/壳聚糖复合气凝胶的制备方法。通过化学改性，制得高活性的双胺肟纤维素；利用双胺肟功能基团与金属离子的强配位作用原位获得纳米MnO₂修饰的纤维素；将其与壳聚糖溶液共混，经交联固化、冷冻干燥制得纳米MnO₂修饰的双胺肟纤维素/壳聚糖复合气凝胶。在该材料中，纳米MnO₂修饰的双胺肟纤维素作为凝胶框架，壳聚糖分子链充当复合气凝胶构建的网络连接单元。所得气凝胶的组织结构规整、机械强度高、孔隙率大，且气凝胶的微观形貌和机械性能均可通过组分间的比例和交联方式进行调控。

技术领域

本发明涉及一种基于纳米MnO₂修饰的双胺肟纤维素/壳聚糖复合气凝胶的制备方法，属于功能复合材料科学领域。

背景技术

自2001年Tan等(Advanced Materials,2001,644-646)以纤维素衍生物为原料成功制备了纤维素气凝胶以来，天然高分子气凝胶迅速发展成为第三代气凝胶材料，超越了无机气凝胶和人工合成的有机聚合物气凝胶。在具备传统气凝胶特性的同时融入了自身的优异性能，比如低成本、良好的生物相容性、生物可降解性和环境友好性，成为天然高分子材料研究的热点。

壳聚糖作为一种来源丰富的天然碱性多糖，表面富有羟基和氨基活性基团，具有良好的吸湿性、成膜性、通透性以及较好的生物相容、生物降解等特性，是一种无毒无害、无二次污染的环保材料。因此，常被用于工业废水中重金属离子、染料等有机污染物的吸附去除。然而，随着社会的飞速发展，对材料性能的要求不断提高，以壳聚糖为代表的单一组分气凝胶的缺陷逐渐凸显，比如机械性能较差、脆性大、相互连接弱、性能比较单一等，限制了其在某些高要求和特殊领域的应用。复合材料，是将两种或以上化学、物理性质不同的材料组分，以不同的形式、比例或分布组装，构成微观结构可控、形貌可调的新型多功能材料。一方面，保持了各组分材料性能的优势，另一方面，复合材料还可以通过各组分性能的互补和关联获得单一组分材料不具备的综合性能。

微晶或纳米纤维素，作为纯化的、部分解聚的极细微短棒状或粉末状多孔颗粒。宏观上，流动性极强，但又保留了纤维素的基本结构和化学特征，具有比表面积高、强度模量大、可再生、易降解、来源广泛及安全环保等优点，常被用作复合材料的增强体填料(TheJournal of Physical Chemistry C,2012,8063-8068)，在高性能复合材料中表现出潜在的应用前景。微观上，微晶或纳米纤维素是由多孔微粒组成的结晶粉末，表面具有丰富的羟基基团，赋予其良好的亲水性和高反应活性。经过化学改性制得的双胺肟微晶或纳米纤维素具备偕胺肟和羟胺肟双功能基团，两者均可配位金属离子，更适宜作为纳米材料原位生长的基底/模板。

纳米MnO₂作为一种过渡金属氧化物，因其颗粒尺寸小、比表面积大、比表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，被广泛应用于有机污染物的吸附和降解(Journal of Hazardous Materials,2011,780-785；The Journal of Physical Chemistry C,2007,18033-18038)。因此，将纳米MnO₂作为组分制备复合材料将赋予良好的吸附和降解有机污染物功能。

然而，目前为止，并未见有关于纤维素、纳米MnO₂和壳聚糖复合气凝胶的报道。因此，本发明预解决的关键技术问题在于如何将三种组分有效结合制备形貌可控、结构稳定、性能优越的多功能复合材料。

发明内容

本发明提出的是一种基于纳米MnO₂修饰的双胺肟纤维素/壳聚糖复合气凝胶的制备方法。本发明的目的旨在提供一种形貌可调、微观结构可控、性能优越的多功能复合气凝胶的制备方法。

为实现上述技术目的，本发明所提供的技术方案为：