[发明专利]一种芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法

说明书

本发明一种芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法，所述方法包括步骤1，用固体A、去离子水和二甲基亚砜将芳纶纤维制成芳纶纳米纤维分散液，固体A为氢氧化钾、氢氧化钠或叔丁醇钾，再按1:(3～4)的体积比将芳纶纳米纤维分散液与去离子水混合均匀，得到混合体系A，最后将混合体系A过滤得到芳纶纳米纤维凝胶；步骤2，将芳纶纳米纤维凝胶依次进行冷冻、真空干燥和常压干燥，得到芳纶纳米纤维气凝胶。本发明可通过过滤时间和冷冻速率调节冰核成长和冰晶尺寸，对芳纶纳米纤维气凝胶内部的孔隙进行调控，使得不同孔隙大小芳纶纳米纤维气凝胶的制备成为可能，为化学吸附、特殊过滤、空间负载、储能等领域多孔材料制备提供借鉴。

技术领域

本发明属于多孔材料、功能性材料制备技术交叉领域，具体为一种芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法。

背景技术

气凝胶，又称为干凝胶、固体空气或者固体烟雾，是指当凝胶脱去大部分溶剂，空间网状结构中充满的介质是气体，外表呈固体状的物质。前沿研究表明，精细结构设计和材料的恰当选择可以使得气凝胶材料达到和空气密度(1.29kg/m³)相同。因此，有学者提出气凝胶是一种物质新状态，即密度介于固体和气体之间的第四种物质存在状态，具有极其广阔的应用和开发前景。1931年，世界上最早开始气凝胶的探索工作，但限于技术和知识局限，大部分研究停留在硅的醇凝胶方面。随着纳米材料和超临界二氧化碳干燥技术的成熟，气凝胶及其相关的研究重新迸发出新的活力，在低导热系数、大比表面积、良好的消声和可控的密度材料方面吸引力持续升高，并且以轻质、大比表面积等属性受到化学吸附、特殊过滤、空间负载催化、储能等领域的广泛研究。

在气凝胶原材料方面，相比于无机材料密度大、交联作用弱等特点，有机材料可分子设计、键合交联，逐步进入视野并展现出优势。除纤维素、甲壳素等自然界获取的绿色有机原材料，人工合成的聚酰亚胺、芳纶等也是制备气凝胶的良好的选择。2011年研究人员提出将对位芳纶纤维通过氢氧化钾/二甲基亚砜化学裂解制备芳纶纳米纤维，开辟了芳纶纤维应用的新方向。基于芳纶纳米化工作，通过结构设计和参数调控，实现不同孔隙尺寸气凝胶的制备，对于化学吸附、特殊过滤、空间负载、储能等领域的应用十分关键。

综上所述，因此制备不同孔隙尺寸的芳纶纳米纤维气凝胶有很重要的应用，但目前还没有相关报道。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种芳纶纳米纤维气凝胶及其制备方法，得到具有孔隙尺寸可控、压缩性优异的芳纶纳米纤维气凝胶。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种芳纶纳米纤维气凝胶的制备方法，包括如下步骤，

步骤1，先用固体A、去离子水和二甲基亚砜将芳纶纤维制成芳纶纳米纤维分散液，固体A为氢氧化钾、氢氧化钠或叔丁醇钾，再按1:(3～4)的体积比将芳纶纳米纤维分散液与去离子水混合均匀，得到混合体系A，最后将混合体系A过滤得到芳纶纳米纤维凝胶；

所述的芳纶纳米纤维分散液按如下步骤得到，

步骤1a，将固体A和去离子水混合，得到溶液A；

步骤1b，按1：50的体积比将二甲基亚砜加入溶液A中得到混合体系a；

步骤1c，按(1～5)g：510ml的比例，将芳纶纤维加入到混合体系a中，混合均匀得到芳纶纳米纤维分散液；

步骤2，将芳纶纳米纤维凝胶依次进行冷冻、真空干燥和常压干燥，得到芳纶纳米纤维气凝胶。

优选的，步骤2向芳纶纳米纤维凝胶中加入叔丁醇和去离子水的混合体系，过滤后再进行冷冻。

进一步，步骤1和步骤2中所述的过滤均采用滤网过滤12～24h的方式进行。

再进一步，步骤2中，叔丁醇与芳纶纳米纤维分散液的体积比(20：510)。