[发明专利]一种使用秸秆制备磁性纳米纤维素气凝胶的方法

说明书

本发明描述了一种使用秸秆制备磁性纳米纤维素气凝胶的方法，其包括：在秸秆内提炼纤维素。粉碎秸秆，并将其磨成细粉，在洗涤、烘干等步骤之后，使用得到的干燥粉末来提取纤维素粉末；制备秸秆纤维素晶体，包括使用纤维素粉末制备纤维素晶体；使用快速沉淀法来制备纤维素气凝胶磁珠，包括使用纤维素晶体制备纤维素气凝胶磁珠；通过交联法制备磁性纳米纤维素气凝胶，包括使用纤维素气凝胶磁珠制备磁性纳米纤维素气凝胶。

技术领域

本发明属于气凝胶制备技术领域，具体过程是提纯秸秆中的纳米纤维素晶体并通过凝胶和交联的方法掺杂壳聚糖并赋予磁性，制备得到的磁性壳聚糖/纳米纤维素气凝胶具备良好的吸附性和导电性，可广泛应用于电池、传感和催化等领域。

背景技术

纤维素是许多领域中使用最广泛的材料之一，因为它是世界上一种取之不尽，用之不竭，天然，可持续可降解的材料。它已成为制造绿色吸附剂的潜在资产之一。减少了它们在硅或纳米粒子等不同材料下可能产生的层次堆积。纤维素纳米材料吸附剂因具有与其他目标分子相互作用的高表观表面积，与壳聚糖结合后中能表现出较高的吸附能力。并且由于其良好的导电性能，纤维素气凝胶能够作为生产电化学检测中工作电极的基础组成部分，这对于检测污染物的工作具有重要意义。

对苯二酚(HQ)和邻苯二酚(CA)是二羟基苯的邻位和对位异构体，已广泛应用于制药和染料领域。CA和HQ在环境中具有很大的毒性和较低的降解性。因此，这些材料是食品和医疗行业中的两个重要污染物。大剂量时，CA可能会强烈抑制中枢神经系统，而且从胃肠道吸收CA可能会引起某些疾病，例如肾管变性和肝功能下降。CA是制药，染料和农药行业产生的污染物。美国环境保护署(USEPA)和欧洲环境署(EEA)表示，CA的可降解性很差，因此会对人体产生非常严重的伤害。传统的去除CA和HQ的方法显示出各种弊端。染料中的CA和HQ非常稳定，可以抵抗光和其他暴露条件的降解。常规的处理方法对降低酚类污染基本无效。因此，人们在寻找低成本，可再生的，本地可用的材料作为生物吸附剂来去除制药和染色过程中的酚类污染，纤维素就是一种很好的染料吸附剂。检测染料中的HQ和CA的电化学方法与传统的分析方法相比更便宜，更强，更快，更灵敏且更具选择性。气凝胶是制造改性电极的活性材料。如氮掺杂的石墨烯，由于其优异的性能(例如高表面积，良好的耐腐蚀性，出色的柔韧性，独特的机械性能和高导电性)而广泛用于电化学检测。通过还原氧化石墨烯得到的气凝胶复合材料常常会表现出优异的电化学性能。而通过秸秆提纯得到的纤维素气凝胶具有清晰的表观结构，同石墨烯复合能够增大石墨烯的导电面积，因此，如何得到良好的纤维素气凝胶对电化学检测制备工作电极提供新的思路。

秸秆是地球上最广泛的生物质能来源之一。它是一种廉价且可持续的资源，可以持续生产高质量的天然纤维素材料。用秸秆去除有毒染料成分的效果显著。同时，壳聚糖是一种从甲壳素的脱乙酰作用获得的可生物降解且取之不尽，用之不竭的生物聚合物，是第二大数量的多糖。壳聚糖基吸附剂中氨基和羟基的存在会导致良好的吸附过程，具有出色的动力学行为和可持续性。气凝胶通常是基于干燥水凝胶除去液体，而不会使其多孔结构塌陷的目的而制备的。与其他已知材料相比，交联的内部气凝胶结构提供了较高的克表面积(1000平方米/克)。纤维素气凝胶具有无穷尽，易取，价格低廉，和优异的机械性能。通过纤维素气凝胶制备的复合材料具有高吸附速率，高活性，易于回收，再活化和再利用的特点。因此，使用秸秆作为原材料高效制得纤维素气凝胶的方法亟待开发。

发明内容

本发明的目的是为了提纯秸秆中的纳米纤维素晶体并通过凝胶和交联的方法掺杂壳聚糖并赋予磁性，使制备得到的磁性壳聚糖/纳米纤维素气凝胶具备良好的吸附性和导电性，从而可广泛应用于电池、传感和催化等领域。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案遵循如下步骤：

步骤1：秸秆内纤维素的提炼。粉碎秸秆，并将其磨成细粉，在洗涤、烘干等步骤之后，使用得到的干燥粉末来提取纤维素粉末；

步骤2：制备秸秆纤维素晶体，包括使用纤维素粉末制备纤维素晶体；