[发明专利]纳米纤维素水凝胶、气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明属于纤维素的应用技术领域，涉及一种纳米纤维素水凝胶、气凝胶及其制备方法和应用。本发明的纳米纤维素水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(a)将纤维素原料进行前处理，获得纳米纤维素分散液；(b)纳米纤维素分散液与交联剂混合，得到复合分散液；(c)将复合分散液进行冻融处理，得到纳米纤维素水凝胶。本发明创新性地以冻融处理成功实现纳米纤维素的化学交联，产品具有低质、高强、高弹性、高孔隙率等特点，同时还具有条件温和、可操作性强等优势，为纳米纤维素凝胶的制备提供了实际可行的方法，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明属于纤维素的应用技术领域，特别是涉及一种纳米纤维素水凝胶、气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

由于具有无毒、可再生、可生物降解等特性，几丁质或纤维素基的多糖材料在生物功能材料方面具有较强的优势，已逐渐成为世界各国研究的热点。在纤维素的高值化利用过程中，不同于溶解处理，纳米纤维素受到越来越多的关注并且成为高值化利用的重要方面。

天然纤维素具有来源广泛、可再生、易降解和绿色无污染等特性。对于纳米纤维素的利用，水凝胶或者气凝胶是一种很好的平台产品，目前也有许多关于纳米纤维素水凝胶或者气凝胶的报道，但是现有的方法中纳米纤维素物理交联的特点大大限制了水凝胶/气凝胶机械强度的提升，并且目前所制备出的气凝胶材料普遍弹性较差，缺失弹性。现有的纳米纤维素凝胶的制备工艺主要是以纤维素溶剂溶解纤维素后再制备得到纤维素气凝胶，纤维素气凝胶常采用超临界干燥工艺，制备周期长，成本高，工艺复杂，不易控制，难以大量生产，且制得的纳米纤维素凝胶的性能有待提升，限制了纳米纤维素凝胶的进一步应用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种纳米纤维素水凝胶的制备方法；以及采用所述的纳米纤维素水凝胶的制备方法制备得到的纳米纤维素水凝胶。该方法操作简单，易于实施，可操作性强，制得的纳米纤维素水凝胶机械性能优异，具有高强度、高回弹的优势，实现了纳米纤维素水凝胶材料性能的提升与突破。

本发明的第二目的在于提供一种纳米纤维素气凝胶的制备方法；以及采用所述的纳米纤维素气凝胶的制备方法制备得到的纳米纤维素气凝胶。该方法操作简单，易于实施，可操作性强，制得的纳米纤维素气凝胶机械性能优异，具有高强度、高回弹的优势，实现了纳米纤维素气凝胶材料性能的提升与突破。

本发明的第三目的在于提供一种所述的纳米纤维素水凝胶和/或所述的纳米纤维素气凝胶在缓释、吸附、固定化、隔热、降噪或过滤领域中的应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种纳米纤维素水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(a)将纤维素原料进行前处理，获得纳米纤维素分散液；

(b)纳米纤维素分散液与交联剂混合，得到复合分散液；

(c)将复合分散液进行冻融处理，得到纳米纤维素水凝胶。

作为进一步优选技术方案，步骤(a)中，前处理包括机械处理或者机械处理与预处理的组合；

优选地，纤维素原料与溶剂混合，进行机械处理，得到纳米纤维素分散液；

或者，将经过预处理后的纤维素原料与溶剂混合，进行机械处理，得到纳米纤维素分散液。

作为进一步优选技术方案，所述的预处理包括化学法、物理法和生物法中的任意一种或至少两种的组合；

和/或，所述机械处理包括匀浆处理、超声处理、高速搅拌、胶体磨处理、超微粉碎、微射流和高压均质处理中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述化学法包括碱处理、TEMPO氧化、酸处理和过氧化氢处理中的至少一种；