[發明專利]一種仿生磁性蠶絲蛋白基復合氣凝膠、制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110099140.9
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112915935B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 陸楊;王倩;薛敬哲;許昊;邢寒野;王秋亮;陳勝;李康康
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;C02F1/04;C02F1/14;C02F101/30;C02F103/08
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發明涉及復合材料制備技術領域，具體涉及一種仿生磁性蠶絲蛋白基復合氣凝膠、制備方法及應用，制備得到的仿生磁性蠶絲蛋白基復合氣凝膠包括蠶絲蛋白氣凝膠的取向結構、磁性納米顆粒，抗菌納米線，所述磁性納米顆粒位于蠶絲蛋白氣凝膠取向孔道的內壁中，所述抗菌納米線通過模板法原位生長在所述蠶絲蛋白氣凝膠取向孔道內壁表面，該氣凝膠不僅具備鐵磁性可實現磁響應控制，也解決了現有大多數光熱水蒸發器件不具備抑制生物污損性能的問題。

技術領域

本發明涉及復合材料制備技術領域，具體涉及一種仿生磁性蠶絲蛋白基復合氣凝膠、制備方法及應用。

背景技術

界面太陽能水蒸發技術具備能耗低、綠色且可持續的特點，在實現海水淡化和污水處理以解決當前清潔水匱乏難題上具有良好的發展前景，受到越來越多的關注。近年來，各種光吸收材料和光熱水蒸發器件被研制出來，水蒸發效率得到不斷提高。從實際出發，器件的光吸收層應最大限度的接受光照，以便更有效的利用太陽能。然而，一些三維親水性器件不能長期在水面漂浮，無法適應隨月球引力產生周期性漲落的海平面，影響了太陽能的利用和水蒸發效率。同時，太陽相對位置的不斷變化，使日光角度并不總是垂直于常規設計中與水面平行的器件光吸收層，也降低了接受光照的有效面積和太陽能的總體利用效率。因此，便捷有效的控制水蒸發器件相對位置和光吸收層面向日光的角度，是進一步發展太陽能水蒸發技術的關鍵。此外，在自然水體中長期使用，如何克服生物污損對性能的影響，也是發展太陽能水蒸發器件需解決的重要問題。

磁性材料在自然界中廣泛存在，其磁響應特性已被廣泛用于構建各種智能響應材料和裝置，在遠程非接觸操控等領域發揮了重要作用。硫化銀是窄帶隙半導體材料，具備化學穩定性好、寬光譜太陽能吸收且毒性低的優點，是當前理想的光熱及抑菌材料。蠶絲蛋白具備良好的生物安全性，可以從天然蠶繭中直接提取，用蠶絲蛋白制備一種結構可控的具備三維網絡多孔結構的超輕固體材料，具有低密度、導熱系數低的特點和優異的隔熱保溫性能，以蠶絲蛋白氣凝膠為水蒸發器件的基底具有很好的發展潛力。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。

發明內容

本發明的目的在于解決現有大多數光熱水蒸發器件不具備抑制生物污損性能，長期使用性不夠高且氣凝膠質地輕不易于收集歸納的問題，提供了一種仿生磁性蠶絲蛋白基氣凝膠、制備方法及應用。

為了實現上述目的，本發明公開了一種仿生磁性蠶絲蛋白基復合氣凝膠，包括蠶絲蛋白氣凝膠的取向結構、磁性納米顆粒，抗菌納米線，所述磁性納米顆粒位于蠶絲蛋白氣凝膠的取向孔道結構內壁中，所述抗菌納米線通過模板犧牲法原位生長在所述蠶絲蛋白氣凝膠取向孔道的內壁上。

所述抗菌納米線包括硫化銀，所述磁性納米顆粒包括四氧化三鐵。

所述仿生磁性蠶絲蛋白基復合氣凝膠在1kW/m²的模擬太陽光光照強度下，蒸發量約為2kgm^-2h^-1。

本發明還公開了這種仿生磁性蠶絲蛋白基復合氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

S1：制備仿生取向磁性蠶絲蛋白-硝酸銀氣凝膠：將硝酸銀和磁性四氧化三鐵納米顆粒的混合溶液加入到蠶絲蛋白溶液中混勻，將溶液倒入圓柱形聚苯乙烯模具中，采用冰模板冷凍鑄造法冷凍，將得到的支架冷凍干燥，得到磁性蠶絲蛋白-硝酸銀氣凝膠；

S2：制備仿生取向磁性蠶絲蛋白-磷酸銀氣凝膠：配制含PAA、H₃PO₄的甲醇溶液，將磁性蠶絲蛋白-硝酸銀氣凝膠投入溶液中反應2h，原位生長磷酸銀納米線，反應結束洗滌后再經冷凍干燥，得到磁性蠶絲蛋白-磷酸銀氣凝膠；

S3：制備仿生取向磁性蠶絲蛋白-硫化銀氣凝膠：配制硫代乙酰胺溶液作為硫源，將磁性蠶絲蛋白-磷酸銀氣凝膠投入溶液中反應，進行陰離子交換，反應結束洗滌后再經冷凍干燥，得到磁性蠶絲蛋白-硫化銀氣凝膠。