[发明专利]一种负载TiO2

说明书

本发明涉及一种功能性纤维素气凝胶的制备方法，该方法通过酰腙键的生成将化学交联引入到气凝胶中，制备得到高机械性能的功能性纤维素气凝胶复合材料，本发明在传统的纤维素气凝胶的基础上引入了化学交联，增加了纤维素纳米纤维之间的交联程度，增强了纤维素气凝胶的压缩性能以及在水环境中的形状保持性能，减少在水环境中因为氢键的破坏造成的破裂，提升了气凝胶的机械性能，拓宽了其实际适用性，并通过合适的方法掺杂光催化活性TiO₂纳米颗粒，制备得到适用性更加广泛的功能性纤维素复合气凝胶，实现对大气及水体中有机染料的吸附和降解。

技术领域

本发明涉及一种负载TiO₂纳米颗粒的功能性纤维素气凝胶复合材料的制备方法，属于纤维素气凝胶技术领域。

背景技术

近年来，环境污染问题日益受到人们的关注，其中水污染和大气污染尤为严重。在众多的治理手段中，吸附法因为其经济成本低，效果显著，操作简单等特点成为使用最为频繁的水污染及大气污染的治理手段。吸附法是利用吸附剂本身具有的多孔结构或物质表面的特殊官能团，将水体及大气中的有害物质通过物理或化学方法吸附在吸附剂上，达到去除的效果。

当前，大量的吸附材料被报道用来去除水体、空气中的污染物，例如活性炭、粉煤灰、生物质吸附剂等。活性炭、粉煤灰、生物质吸附剂虽来源广泛、可再生且成本低，但存在吸附量低、对污染物吸附作用不强等的缺点；气凝胶作为一种轻质、高孔隙率及大比表面积的吸附材料被广泛的应用到污水处理以及空气净化之中。气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物。

在众多的气凝胶吸附剂中，纤维素气凝胶因为其生物可降解、易于改性、无毒、无污染、生物相容性好等特点而受到越来越多的关注。但是，传统的纤维素气凝胶是通过纤维素纳米纤维之间的氢键交联形成，机械性能较差，尤其是在水环境中，水分子和纤维素纳米纤维形成的氢键，容易破坏纤维素纳米纤维之间的交联，因此，传统的纤维素气凝胶在水体中机械稳定性能较差，容易分解，不适用于对水体污染的处理。另外，普通的气凝胶吸附材料在吸附了大气或水体污染物后，需要较为复杂的解吸附过程才能实现重复利用，因此应用效果受到限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种负载TiO₂纳米颗粒的功能性纤维素气凝胶复合材料的制备方法。

本发明的制备方法通过酰腙键的生成将化学交联引入到气凝胶中，制备得到高机械性能的功能性纤维素气凝胶复合材料，本发明在传统的纤维素气凝胶的基础上引入了化学交联，增加了纤维素纳米纤维之间的交联程度，增强了纤维素气凝胶的压缩性能以及在水环境中的形状保持性能，减少在水环境中因为氢键的破坏造成的破裂，提升了气凝胶的机械性能，拓宽了其实际适用性，并通过合适的方法掺杂光催化活性TiO₂纳米颗粒，制备得到适用性更加广泛的功能性纤维素复合气凝胶，实现对大气及水体中有机染料的吸附和降解，解决以上背景中所述的问题。

本发明的技术方案如下：

一种功能性纤维素气凝胶的制备方法，包括步骤如下：

(1)氨基化纤维素纳米纤维(CNFs-NH₂)的制备

向纤维素纳米纤维水分散液中加入3，3’-二硫代二丙酰肼，在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的活化下，室温下反应20-26小时，CNFs上面的羧基和3,3’-二硫代二丙酰肼的氨基反应生成了酰胺基团，透析3～5天，得到带有氨基的纤维素纳米纤维；

(2)带醛基的纤维素纳米纤维的制备：将纤维素加入硫酸溶液中水解得到纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤维与高碘酸钠氧化得到了带有两个醛基的CNCs-CHO；