[发明专利]一种纳米纤维素气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素气凝胶及其制备方法与应用，属于材料合成技术领域；本发明技术方案提供的一种纳米纤维素气凝胶，其内部呈现多孔网状结构，具有高孔隙率、高机械强度等性质，能够有效的应用于空气过滤领域，其对空气中粒径为0.01‑2μm的颗粒物去除效率达99.9％以上；同时，由于纳米纤维素气凝胶具有高比表面积和孔隙率，在有效的拦截空气中的颗粒物外，其过滤阻力也较小，即本发明技术方案提供的产品能兼顾阻力压降和过滤效率；同时，本发明的技术方案提供的一种纳米纤维素气凝胶以纳米纤维素为原料，其中，纳米纤维素本身也具备孔隙结构，对颗粒物也有一定的拦截效果，且以纳米纤维素为原料，简单易得，获取途径绿色环保。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，尤其涉及一种纳米纤维素气凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

目前雾霾问题已经成为人们面临的非常严重的环境问题，制备有效地过滤空气中小颗粒物的材料已经成为亟待解决的问题。但是目前的空气过滤材料普遍还存在着过滤效率低和阻力压降大等缺陷。HEPA(High-Efficiency Particulate Air)过滤材料目前是非常高效的空气过滤材料，通常的HEPA材料的过滤效率可以达到99.99％，但是这种技术在中国还是处于探索阶段。目前常用的空气过滤材料多为纤维材料，比如聚四氟乙烯薄膜、聚合物纤维的无纺布材料和玻璃纤维材料。这些材料虽然有较好的过滤效率，但是存在不绿色环保，功能性低，阻力压降大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种既能满足对空气中的颗粒物、病毒等的过滤又符合绿色环保要求的纳米纤维素气凝胶及其制备方法与应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种纳米纤维素气凝胶，所述纳米纤维素气凝胶内部呈多孔网状结构，其平均孔径为100-240nm，孔隙率为69％-88％；所述纳米纤维素气凝胶由纳米纤维素制备而成，所述纳米纤维素的长度为200-800nm，直径为5-80nm，表面羧基官能团的含量为0.3-1.0mmol/g。

本发明的技术方案提供的一种纳米纤维素气凝胶，其内部呈现多孔网状结构，具有高孔隙率、高机械强度等性质，能够有效的应用于空气过滤领域，其对空气中粒径为0.01-2um的颗粒物去除效率达99.9％以上；同时，制备纳米纤维素气凝胶的纳米纤维素本身也具备孔隙结构，对颗粒物也有一定的拦截效果，且以纳米纤维素为原料，其简单易得，获取途径绿色环保。

另外，本发明还提供了纳米纤维素气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)纳米纤维素水溶液的配制：利用TEMPO氧化体系处理纤维素得纤维素浆料，接着将纤维素浆料破碎、过筛、加水，得纳米纤维素水溶液；

(2)纳米纤维素水凝胶的制备：将步骤(1)所述纳米纤维素水溶液旋转滴加至含有氯离子的溶液中，得纳米纤维素水凝胶；

(3)纳米纤维素醇凝胶的制备：将步骤(2)所述纳米纤维素水凝胶与置换溶剂进行连续置换，得纳米纤维素醇凝胶；

(4)纳米纤维素气凝胶的制备：将步骤(3)所述纳米纤维素醇凝胶冷冻干燥，得纳米纤维素气凝胶。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，纤维素包括细菌纤维素或天然植物纤维素。

细菌纤维素和天然植物纤维素来源广泛，获取途径简单、绿色环保。

作为本发明所述制备方法的优选实施方式，所述步骤(1)中，纳米纤维素水溶液中纳米纤维素的质量百分比浓度为0.2-1.0％。

当纳米纤维素水溶液中纳米纤维素的质量百分比浓度在上述范围时，制备得到纳米纤维素气凝胶的平均孔径合适，且孔隙率适中，在应用于空气过滤时，其对空气中粒径为0.01-2um的颗粒物的过滤效率高达99.9％以上。