[发明专利]一种块状纤维素-氧化铝复合气凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种块状纤维素‑氧化铝复合气凝胶的制备方法，将纤维素、无机铝盐、碱性催化剂、去离子水、无水乙醇、环氧丙烷按比例均匀搅拌，得到乳白色的纤维素‑氧化铝复合溶胶溶液，静置等待凝胶；再对样品进行干燥处理得到纤维素‑氧化铝复合气凝胶热处理。本发明制备的块状纤维素‑氧化铝复合气凝胶不仅具备纳米多孔气凝胶优良特征，而且具有优良的力学性能和优良的重金属离子吸附性能，将会在重金属离子吸附、催化剂及催化剂载体方面有更好的应用前景。

技术领域：

本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及纤维素-氧化铝复合气凝胶的制备方法。

背景技术：

气凝胶是由胶体粒子或高聚物分子相互聚结构成的一种具有三维纳米网络结构，是一种新型的纳米多孔材料。其具有高的比表面积、高孔隙率、低折射率、超低密度、超强吸附性等特征，所以在热学、光学、电学、声学等方面都具有广泛的应用前景。在热学方面，气凝胶的纳米多孔网络结构能够有效抑制固相热传导和气相传热，具有优异的隔热特征，是目前世界上热导率最低的固态材料，在航天航空、化工冶金、节能建筑等领域具有广阔的应用前景。

氧化铝气凝胶具有低密度、低导热系数、大比表面积和高孔隙率等特点,还具有优异的热稳定性，但是氧化铝气凝胶强度较低,难以制备成块体材料,然而纤维素是一种线状生物高分子，在自然界中存在于所有植物中。除了作为地球上主要的天然聚合物，它还提供了多种特性，包括优良的生物相容性、较低的密度、坚固的强度和最有益的机械特性，成本低廉。所以这种纤维素/氧化铝复合气凝胶结构将会在重金属离子吸附、催化剂及催化剂载体方面有更好的应用前景。

发明内容：

本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种块状纤维素-氧化铝复合气凝胶的制备方法，将纤维素的优良特性与纳米多孔气凝胶结构相结合，提供了一种力学性能更高、重金属离子吸附能力更强、催化效果更好的块状纤维素-氧化铝复合气凝胶的制备方法。

本发明的技术方案为：一种块状纤维素-氧化铝复合气凝胶的制备方法，其具体步骤如下：

(1)将无机铝盐、去离子水、无水乙醇按摩尔比为1：(45～50)：(9～12)混合均匀配成溶液，在室温下混合搅拌，得到澄清的无机铝盐水解溶液；

(2)向步骤(1)中的无机铝盐水解溶液中按照纤维素、碱性催化剂、去离子水和无机铝盐摩尔比为1：(0.5～6)：(27～90)：(0.2～2)加入纤维素、碱性催化剂和去离子水，在一定温度下均匀搅拌，得到白色均匀的纤维素-氧化铝复合溶液；

(3)向步骤(2)中的纤维素-氧化铝复合溶胶溶液按照无机铝盐与环氧丙烷摩尔比为1：(5～15)加入环氧丙烷，得到纤维素-氧化铝复合溶胶溶液；

(4)将步骤(3)中得到的纤维素-氧化铝复合溶胶溶液倒入模具中，室温反应1～5h得到乳白色纤维素-氧化铝复合湿凝胶；

(5)向步骤(4)中模具中样品加入溶剂对湿凝胶进行溶剂置换，得到乳白色纤维素-氧化铝复合凝胶；

(6)将步骤(5)中处理好的样品进行干燥处理，得纤维素-氧化铝复合气凝胶；

(7)将步骤(6)中干燥处理后得到的纤维素-氧化铝复合气凝胶进行热处理，最终得到块状纤维素-氧化铝复合气凝胶。

优选步骤(1)中所述的无机铝盐为六水合氯化铝或九水合硝酸铝。

优选步骤(2)中所述的碱性催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

优选步骤(2)中所述的纤维素至少为微晶纤维素、羟乙基纤维素、纤维素纳米纤维或纤维素纳米晶中的一种。

优选步骤(1)中混合搅拌的时间为30～60min；步骤(2)中所述的一定温度为0.5～5℃，搅拌时间为30～120min。

优选步骤(5)中所述的溶剂至少为乙醇、丙酮、甲醇或去离子水中的一种。