[发明专利]一种双网络气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双网络气凝胶及其制备方法和应用，属于材料制备技术领域。具体公开了制备方法为：将木材于冰乙酸和双氧水的混合溶液中浸渍，制备得到各向异性的纤维素基气凝胶；以丙烯酰胺为单体，N‑N’亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，制得水凝胶溶液；然后将制备好的纤维素基气凝胶置于水凝胶溶液中加热反应，经过冷冻干燥得到双网络气凝胶。本发明制备工序简单，原料来源广泛造价低廉，为染料废水的脱色处理提供了一种新材料。

技术领域

本发明涉及材料制备技术领域，特别是涉及一种双网络气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

目前大多存在的吸附材料为气凝胶材料和水凝胶材料。气凝胶作为吸附材料，十分符合理想吸附材料的三要素：孔结构适宜、空隙率大和比表面积大，但是气凝胶材料存在比较脆、容易碎且不易保存等缺点。水凝胶是以水为分散介质的凝胶，是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，但是水凝胶稳定性差，易降解。

为了改善凝胶材料的性能，近年来研究者提供了许多思路，其中制备双网络凝胶材料是效果比较理想的，材料的性能得到了改善，但目前的双网络凝胶材料种类单一，提供一种吸附效果好、力学性能良好的新型双网络凝胶材料及其制备方法，以丰富凝胶材料的种类，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种双网络气凝胶及其制备方法和应用，以改善上述现有技术存在的问题，使该双网络气凝胶不仅结构更加稳定，且能有效减少传统气凝胶材料在脱色过程中粉尘释放带来的二次污染。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明的技术方案之一是提供一种双网络气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将木材置于冰乙酸和双氧水的混合溶液中浸渍，将浸渍完成的木材洗涤至中性，预冻处理后进行冷冻干燥，得到气凝胶；

将丙烯酰胺与N-N’亚甲基双丙烯酰胺配制成水溶液，冰浴处理，得到AM/MBA混合溶液；然后将过硫酸铵水溶液加入所述AM/MBA混合溶液中，搅拌，得到水凝胶溶液；

将所述气凝胶置于所述水凝胶溶液中，加热反应，将反应产物预冻处理后进行冷冻干燥，得到所述双网络气凝胶。

进一步地，所述浸渍温度为70-75℃，时间为40-50h。

进一步地，制备AM/MBA混合溶液时，所述丙烯酰胺、N-N’亚甲基双丙烯酰胺与水的比例为4-6g:0.05-0.15g:40-50mL。

进一步地，所述过硫酸铵与丙烯酰胺的质量比为1:20-1:10。

进一步地，所述过硫酸铵水溶液的浓度为0.01-0.02g/mL。

进一步地，所述加热反应的温度为40-60℃，时间为20-40min。

进一步地，所述预冻处理的温度为-18～24℃，时间为4-5h；所述冷冻干燥的温度为-40℃以下，时间为18-24h。

本发明的技术方案之二是提供上述制备方法得到的双网络气凝胶。

本发明的技术方案之三是提供上述双网络气凝胶作为染料废水脱色材料的应用。

本发明公开了以下技术效果：

本发明在制备过程中将气凝胶和水凝胶结合起来，采用木材制备具有各向异性的纤维素基气凝胶，在不破坏木材原本宏观结构的前提下将木材中的木质素和半纤维素抽提出来，保留木材中的纤维素和木材本身的各向异性结构，增大了气凝胶的孔隙率，再将水凝胶负载到气凝胶上以提高其结构稳定性。