[发明专利]一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法

说明书

本发明提供一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，通过将木材进行脱木素工艺及冷冻干燥后得到木材气凝胶材料，并将木材气凝胶、有机配体、有机溶剂、金属盐溶液作为主要原料，采用原位合成法或水热合成法成功构建出MOF/木材气凝胶复合材料。本发明制备工艺简单且易操作，成本较低。不仅使木材气凝胶的结构皱缩、纤维骨架易塌陷等问题得以解决，还因MOF纳米颗粒的引入使木材气凝胶具有复合功能特性。该复合材料结合了MOF增强相与木材气凝胶基体各自的结构特征优势使得其在阻燃、吸附、储能、电磁屏蔽和气体分离等领域具有广阔的应用前景。本发明涉及的原料来源丰富广泛，为开发高附加值的生物质复合材料提供了一条有效途径。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法。

背景技术

木材气凝胶具有低密度、大的比表面积、生物相容性等特征优势为制备具有优异功能特性的生物质气凝胶复合材料提供了理想的载体。但木材气凝胶由于分子链上丰富羟基的亲水作用使其在溶剂交换及干燥处理过程中容易发生结构皱缩、孔腔坍塌，从而限制了该材料在众多前沿领域中的应用。金属有机骨架(MOF)是由金属离子/金属团簇与有机配体自组装而形成的一种多孔杂化纳米材料，具有高度结晶、无机-有机杂化多孔结构、大的比表面积、丰富孔隙率以及大量活性位点等特征优势，广泛应用于阻燃、吸附、储能、电磁屏蔽和气体分离等前沿领域。本发明致力于开发一种能够成功负载MOF纳米材料的木材气凝胶复合材料的制备方法，从而对实现生物质复合材料开发出高附加值功能具有非常重要的现实意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，用于解决现有木材气凝胶容易发生结构皱缩、孔腔坍塌使性能大幅度降低等缺陷问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种制备MOF/木材气凝胶复合材料的方法，包括以下步骤：

步骤(1)，将木材放入一定浓度配比的次氯酸钠溶液中，并置于恒温水浴锅中进行脱木素工艺处理一段时间，待木材经脱木素工艺反应完全后，对木材进行洗涤并转移至低温环境下的冷冻干燥机中进行干燥处理，得到轻质多孔的木材气凝胶材料。

步骤(2)，采用原位合成法将步骤(1)制备的木材气凝胶放入MOF前驱体溶液中进行搅拌，通过充分搅拌混合反应后进行洗涤、干燥，得到MOF/木材气凝胶复合材料。或采用水热合成法将步骤(1)所得木材气凝胶放入MOF的前驱体溶液中转移到聚四氟乙烯水热反应釜中，并放入烘箱中加热到一定温度，且保温一段时间，待反应结束后对木材气凝胶样品进行洗涤，干燥，得到MOF/木材气凝胶复合材料。

进一步，在步骤(1)中，所述木材为轻木、杨木、杉木、松木、橡胶木、枫木、桦木、柏木等。

进一步，在步骤(1)中，所述脱木素工艺所用的次氯酸钠溶液的浓度配比为1～10％，水浴锅的反应温度为70～120℃，脱木素工艺反应时间为6～54h。

进一步，在步骤(1)中，所述将完全脱木素工艺处理后的木材样品放入冷冻干燥机真空干燥，干燥时间为6-48h，干燥温度为-50～-70℃。

进一步，步骤(2)中，所述合成MOF材料的前驱体溶液包括金属盐、有机配体和有机溶剂，其中，金属盐为Zr、Cr、Co、Fe、Al、Mg、Ni或Zn等的氯盐、硝酸盐或硫酸盐；有机配体为对苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸、二甲基咪唑等，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、甲醇等。

进一步，步骤(2)中，所述金属盐与有机配体摩尔比为(0.1～20)：1；有机溶剂为10～100mL。

进一步，步骤(2)中，所述原位合成法搅拌温度为10～90℃，木材气凝胶浸入合成MOF的有机配体溶液搅拌时间为1～48h，搅拌速率为800～2000r/min。

进一步，步骤(2)中，所述原位合成法洗涤用剂为蒸馏水、甲醇，并重复洗涤至少三次。