[发明专利]一种多孔结构水凝胶材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及水凝胶材料技术领域，公开了一种多孔结构水凝胶材料及其制备与应用。该水凝胶材料为CNF/Alg/Tb/Mab，CNF与Alg通过氢键相连形成稳定的三维网络，Tb与Alg的羧基以共价键结合，Mab通过羧基与Tb共价结合；其中，所述CNF为纤维素纳米纤维，Alg为海藻酸钠，Tb为稀土铽离子，Mab为巯基苯甲酸钠盐。纤维素纳米纤维通过氢键与海藻酸钠结合。稀土铽离子与海藻酸钠中的羧基官能团配位，从而以共价键方式与水凝胶网络骨架稳定相连，巯基苯甲酸钠盐随后与稀土铽离子进一步配位，形成发光优异的绿色荧光材料，分解温度为292℃。采用冷冻—解冻的方法制备，所得水凝胶材料表现出优异的压缩功能，可以作为一种环保型的铜离子识别材料。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料技术领域，更具体地，涉及一种多孔结构水凝胶材料及其制备与应用。

背景技术

稀土配合物由于具有优异的发光性能，一直得到了科研人员的广泛关注。为了使发光稀土配合物能得到实际的应用，通常需要把稀土配合物引入到一些合适的基质中。传统的方法是把稀土配合物引入到一些人工合成高分子或者二氧化硅基质中。但二氧化硅以及人工合成类高分子材料存在一些固有的缺点，比如生物相容性较差、不易生物降解。另外，传统方法制备的稀土复合材料中，材料的多级孔结构以及力学性能有待进一步提高。对于既具有多级孔结构，又同时具备良好力学性能的发光水凝胶复合材料的报道目前还很少见。

发明内容

有鉴于此，本发明为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种既具有多级孔结构，又同时具备良好力学性能的多孔结构水凝胶材料。此外，还提供了该多孔结构水凝胶材料的制备方法和应用。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供一种多孔结构水凝胶材料，所述水凝胶材料为CNF/Alg/Tb/Mab，CNF与Alg通过氢键相连形成稳定的三维网络，Tb与Alg的羧基以共价键结合，Mab通过羧基与Tb共价结合；其中，所述CNF为纤维素纳米纤维，Alg为海藻酸钠，Tb为稀土铽离子，Mab为巯基苯甲酸钠盐。具体地，所述Alg的羧基官能团与Tb共价结合形成所述稀土配合物，所述CNF与Alg通过氢键相连形成所述三维网络，所述Mab的羧基官能团与Tb以共价键方式相连。

本发明选用海藻酸钠与纤维素纳米纤维为基质，所选材料属于天然生物大分子，容易降解，属于环境友好型材料。纤维素纳米纤维通过氢键与海藻酸钠结合，形成稳定的三维网络；稀土铽离子首先与海藻酸钠中的羧基官能团配位，从而以共价键方式与水凝胶网络骨架稳定相连，并均匀分布于水凝胶网络骨架中；巯基苯甲酸钠盐随后通过其羧基官能团与稀土铽离子进一步配位，使稀土铽配合物能够均匀分布在基质的骨架网络中，避免了传统物理掺杂所制备材料的荧光猝灭现象，形成发光优异的绿色荧光材料。该水凝胶材料的分解温度为292℃。

本发明第二方面提供上述多孔结构水凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、在CNF溶胶中加入Alg，室温下搅拌至充分溶解；

S2、向步骤S1所得的溶胶中加入高碘酸钠溶液，充分搅拌均匀；

S3、将步骤S2所得的溶胶倒入模具中，然后在-25℃条件下冷冻；

S4、将步骤S3所得的冻胶在水中解冻，用大量去离子水洗涤，得到水凝胶；

S5、将步骤S4所得的水凝胶浸泡到盐酸溶液中，然后用大量去离子水洗涤；

S6、将步骤S5所得的水凝胶浸泡到TbCl₃溶液中，然后用大量去离子水洗涤；

S7、将步骤S6所得的水凝胶浸泡到巯基苯甲酸钠盐中，然后用大量去离子水洗涤，得到所述水凝胶材料。