[发明专利]一种高吸附性壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开一种高吸附性壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶的制备方法，其要点是将壳聚糖悬浮液和竹质活性炭混合均匀，滴入冰醋酸搅拌形成溶液，滴加戊二醛溶液后持续搅拌至壳聚糖交联，获得的液体进行冷冻成型后，再使用真空冷冻干燥机冻干，制得壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶。本发明以天然、环保、可降解的壳聚糖作为原料，同时附着竹质活性炭，使用冷冻干燥技术制备气凝胶，实现竹质活性炭在三维空间的均匀分散和固定，制备出的竹质活性炭/壳聚糖复合气凝胶具有高比表面积和高孔隙率，对PM2.5具有高吸附能力，同时具有阻燃功能，能吸附燃烧时产生的PM2.5。

技术领域

本发明涉及气凝胶领域，更具体地说，它涉及一种高吸附性壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶的制备方法。

背景技术

细颗粒物(PM2.5)是指空气动力学直径小于2.5μm的颗粒物，它的粒径小、比表面积大，易富集空气中的有毒有害物质，并可以随着人的呼吸进入体内，甚至进入人体肺泡或血液循环系统，直接导致心血管、呼吸系统等疾病，是大气环境中化学组成最复杂、危害最大的污染物之一。因此研究具有高效吸附过滤PM2.5能力的材料至关重要。

气凝胶是一种新型三维多孔网状结构材料，具有微观(纳米级骨架)和宏观(凝聚态物质)的双重结构特性，同时具备低密度、高孔隙率和高比表面积等特点，作为有害气体的吸附过滤材料前景广阔。

此外，在具备气相吸附能力的物质中，竹质活性炭作为一种可再生、环境友好、低成本的生物吸附剂潜力巨大。研究发现，竹质活性炭具备高孔隙率和高比表面积的特点，经物理或化学方法活化后得到的竹质活性炭的孔隙结构能够进一步增强，是理想的气相吸附材料。

在现有技术中，并没有一种气凝胶能在阻燃的同时，还能吸附燃烧所产生的PM2.5，使得这一方面的应用缺乏科学和系统性的研究，尤待发掘。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高吸附性壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶的制备方法，该制备方法通过将壳聚糖和竹质活性炭作为主要原料，制作出既可满足阻燃性能，又能吸附燃烧所产生的PM2.5的气凝胶。

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案：

一种高吸附性壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

1)取壳聚糖和去离子水配置0.1-1wt％壳聚糖悬浮液，然后加入0.1-1wt％的竹质活性炭并使用磁力搅拌器将壳聚糖和竹质活性炭均匀分散，形成壳聚糖/竹质活性炭悬浮液；

2)取冰醋酸滴入经过步骤1)处理的壳聚糖/竹质活性炭悬浮液，使悬浮液中的冰醋酸浓度保持在0.1-0.2mol/L，再使用磁力搅拌器搅拌至壳聚糖完全溶解；

3)取经过步骤2)处理后的溶液，一边搅拌一边滴加戊二醛溶液并使用磁力搅拌器持续搅拌至壳聚糖完成交联；

4)将经过步骤3)处理后的液体置于温度低于0℃的环境下中冷冻成型，再使用真空冷冻干燥机冻干，制得壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶。

本发明进一步设置为，还包括以下步骤：

5)取经过步骤4)制得的壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶，以甲基三甲氧基硅烷为前驱体，使用化学气相沉积技术在复合气凝胶表面反应合成疏水涂层，得到具备疏水特性的壳聚糖/竹质活性炭复合气凝胶。

本发明进一步设置为，步骤1)中所使用的竹质活性炭粒径为100-1000目，磁力搅拌器的转速为500-1500rap/min、搅拌时间为10-30min。

本发明进一步设置为，步骤2)中磁力搅拌器的转速为500-1500rap/min、搅拌时间为10-60min。

本发明进一步设置为，步骤3)中所使用的戊二醛溶液浓度为1-2wt％，所滴加的戊二醛溶液的量为壳聚糖悬浮液的0.5-3wt％。