[發(fā)明專利]一種雙醛納米纖維素三維柔性材料及其制備方法與應用

有效

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• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113292762B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設計）人: 陳水挾;邱顯瑜
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08J3/075;C08L1/04;B01J20/24;B01J20/26;B01J20/28;B01J20/30
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 陳旭紅;晏靜文

本發(fā)明公開了一種雙醛納米纖維素三維材料及其制備方法與應用。本發(fā)明的雙醛納米纖維素三維材料，制備方法包括如下步驟：(1)基體的高度氧化：將納米纖維素分散液與氧化劑混合，調節(jié)pH至酸性，混勻，避光加熱反應，得到初始水凝膠；(2)基體的冷凍干燥：水洗初始水凝膠，液氮冷凍，真空凍干，再次水洗，得到雙醛納米纖維素三維材料。本發(fā)明的材料具有柔性網(wǎng)狀結構，具有極高的改性價值，并且在濕態(tài)環(huán)境仍能保持形態(tài)，具有良好的壓縮回彈性和耐水性；表面還具有豐富的羥基和醛基，可作為活性位點進一步功能化，得到的雙醛納米纖維素固態(tài)胺吸附劑可吸附酸性氣體。

技術領域

本發(fā)明涉及納米纖維素衍生物技術領域，尤其涉及一種雙醛納米纖維素三維柔性材料及其制備方法與應用。

背景技術

纖維素由通過β-1,4糖苷鍵共價連接的重復β-d-吡喃葡萄糖單元的線性鏈組成，是自然界分布最廣泛、含量最豐富的天然高分子，存在于植物、某些細菌、藻類、海洋動物和真菌中，也可以由含有木質纖維素生物質的未加工和加工廢料獲得。功能化纖維素產(chǎn)品在生物經(jīng)濟中具有很高的應用價值，然而纖維素在大多數(shù)常見的溶劑中不溶，難以實現(xiàn)自下而上設計組裝三維功能材料。基于降低纖維之間的粘合力，由纖維素通過機械誘導和化學誘導解構形成具有至少一個納米尺度的納米纖維素。相比于纖維素，其不僅具有良好的分散性以及更活潑的反應活性，其納米尺寸特性和強氫鍵作用可以實現(xiàn)自下而上合成，從納米結構自組裝制備結構穩(wěn)定的二維和三維柔性材料，在組裝過程中可通過對原料的組合以及材料的結構進行調控設計，且因低碳足跡、可持續(xù)、可再生、可回收、無毒等優(yōu)勢備受關注【Foster E J,Zahed N,Tallon C.The Transformative and Versatile Role ofCellulose Nanomaterials in Templating and Shaping Multiscale MesostructuredCeramics[J].Small,2018,14(46).】。

根據(jù)分子鏈長度、直徑、聚合度范圍與形態(tài)的差異，目前將納米纖維素大致分為納米晶纖維素(CNC)、纖維素納米纖維(CNF)和細菌纖維素(BNC)三類。CNF的聚合度為500-15000，長度范圍在0.1-2μm，具有較大的長徑比，輕質(1.5-1.6g/cm³)、高模量(85J/g左右)。CNF的生產(chǎn)過程主要是通過多重機械剪切作用，無需使用對環(huán)境有害的有機溶劑進行加工，過程較簡便，原料可再生，降解液可回收，降解的糖也可以分離用于生物燃料生產(chǎn)，對環(huán)境十分友好。此外，CNF表面存在殘留疏水化合物可以起到相容劑的作用，較大的長徑比可導致長鏈CNF與短鏈CNF連接，自組裝網(wǎng)絡效果最佳。因此，目前基于CNF的三維材料的研究和應用更為廣泛。

納米纖維素因納米尺寸而具備良好的分散性和溶液中的自組裝特性，這種特性使其與化學修飾所用的溶劑(極性和非極性)相容，不會溶解在這些“常規(guī)”溶劑中，相比于纖維素，它可以保持形狀，并通過納米纖維素-溶劑的相互作用來修飾自組裝，這些相互作用大多基于范德華力、氫鍵和比表面物理吸附結合。氫鍵作用不僅將納米纖維素的結晶部分(分子內(nèi)鍵)結合在一起，而且還負責穩(wěn)定納米纖維素分子間、納米纖維素之間的強相互作用，實現(xiàn)在溶劑中的自組裝，在受控的成型和溶劑去除過程中，向最終的網(wǎng)狀結構發(fā)展。此外，納米纖維素獨特的尺寸和形狀不僅可以設計組裝微觀結構，還可以通過在微觀結構周圍或中間進一步排列來發(fā)展宏觀結構，從而可制備具有高靈活性、超輕重量、自成型、超彈性等特性的三維材料，作為吸附劑、藥物載體、基材支架等應用方面都受到廣泛關注【Foster E J,Zahed N,Tallon C.The Transformative and Versatile Role ofCellulose Nanomaterials in Templating and Shaping Multiscale MesostructuredCeramics[J].Small,2018,14(46).】。