[发明专利]一种高效甲醛吸附纤维素多孔材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效甲醛吸附纤维素多孔材料及其制备方法。所述多孔材料的原料包括乙酰乙酸纤维素溶液、纤维素悬浮液及硅烷偶联剂。制备方法为：将硅烷偶联剂加入到纤维素悬浮液中，得到纤维素‑硅烷混合悬浮液，将乙酰乙酸纤维素溶液加入到纤维素‑硅烷混合悬浮液中，得到纤维素‑硅烷混合凝胶；将纤维素‑硅烷混合凝胶冷冻，得到纤维素‑硅烷冰凝胶，真空冷冻干燥、烘焙固化，得到高效甲醛吸附纤维素多孔材料。本发明利用硅烷水解交联来制备纤维素多孔材料，该多孔材料表面含有大量乙酰乙酸官能团，为甲醛吸附提供丰富的活性位点，通过化学共价反应的方式吸附甲醛。该制备方法条件温和，工艺简单，操作安全，绿色环保。

技术领域

本发明涉及一种高效甲醛吸附纤维素多孔材料及其制备方法，属于甲醛吸附材料技术领域。

背景技术

甲醛作为一种重要的有机原料，长期以来广泛用于化工、建筑装饰等领域。但甲醛是一种有较高危害的物质，对人眼、鼻等产生刺激作用。研究表明，近几年来白血病以及一些癌症的发病率升高都与空气中甲醛浓度超标有关。2017年环保部、工信部、卫纪委联合发布了《优先控制化学品名录(第一批)》，“甲醛”也被列入其中。当前人们生活中甲醛污染的来源很多，其中最主要的就是各种家居装饰材料。随着人们健康和环保意识的增强，如何高效的去除甲醛越来越引起人们的重视。目前广泛使用的甲醛吸附材料是活性炭，虽然有一定的吸附能力，但其仅仅依靠物理吸附，存在甲醛吸附量低与解吸附等问题。因此，寻找一种高效的甲醛吸附材料具有十分重要的意义。

纤维素作为自然界中重要的天然材料，具有来源广，生物相容性好，可生物降解等优点。纤维素结晶度高，存在大量氢键，使其不溶于常规溶剂，限制了纤维素的加工与应用。研究表明，在特定的溶解体系中，如离子液体，DMAc/LiCl等，通过对纤维素进行均相酯化改性，可以引入功能性的乙酰乙酸基团。乙酰乙酸基团具有高反应活性，可以赋予纤维素水溶性以及发生一系列的化学反应，例如乙酰乙酸基团中亚甲基活性很高，易于与氨基、醛基形成共价交联，同时还可发生迈克尔加成反应以及与金属离子形成螯合作用。利用乙酰乙酸基团中亚甲基对甲醛分子形成共价吸附，使改性后纤维素具有良好的甲醛吸附能力。多孔材料具有相对密度低，比表面积和比强度高等优点，其优良的特性使其具有广泛的应用。而现有的甲醛吸附多孔材料，如改性活性炭，改性过程中易破坏材料的微孔结构，从而影响其吸附能力；石墨烯类多孔材料中存在较强的化学作用力影响其有效的吸附面积，并且这些材料本身都不具有纤维素材料可生物降解等性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效甲醛吸附纤维素多孔材料及其制备方法，该多孔材料制备方法是：

为了解决上述问题，本发明提供了一种高效甲醛吸附纤维素多孔材料，其特征在于，原料包括乙酰乙酸纤维素溶液、纤维素悬浮液及硅烷偶联剂。

优选地，所述乙酰乙酸纤维素为乙酰乙酸纤维素、乙酰乙酸甲基纤维素、乙酰乙酸羧甲基纤维素、乙酰乙酸羟丙基纤维素、乙酰乙酸羟丙基甲基纤维素、乙酰乙酸环糊精、乙酰乙酸海藻酸钠、乙酰乙酸淀粉、乙酰乙酸甲基淀粉、乙酰乙酸羟丙基淀粉、乙酰乙酸羧甲基淀粉和乙酰乙酸葡聚糖中的任意一种或几种。

优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷KH-540、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷KH-902和N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷KH-792中的至少一种。

优选地，所述纤维素悬浮液为木浆纤维素、竹纤维素、秸秆纤维素、棉花纤维素和羧基改性纤维素中的至少一种。

优选地，所述纤维素悬浮液的形态为纤维素纳米线、纤维素纳米晶或纤维素微米线。

更优选地，所述纤维素纳米线的直径为1～200nm，长度为50～700nm；纤维素纳米晶的直径为3～20nm，长度为50～250nm；纤维素微米线的直径为20～200nm，长度为1～30μm。

本发明提供了一种上述高效甲醛吸附纤维素多孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：