[發明專利]一種再生蛋白基高強氣凝膠的制備方法及其吸油應用

在審

• 申請號: 202210859837.6
• 申請日: 2022-07-22
• 公開（公告）號: CN115181323A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王宗乾;楊海偉;童彪;楊其亮;卜凡;張蕙;邱學軍;朱順;劉潤
• 申請（專利權）人: 安徽中弘鑫源紡織股份有限公司
• 主分類號: C08J9/28
• 分類號: C08J9/28;C08J9/36;C08L89/04;B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;B01J13/00;C02F1/28;C02F1/40
• 代理公司: 合肥廣源知識產權代理事務所(普通合伙) 34129
• 代理人: 徐國法

本發明涉及一種再生蛋白基高強氣凝膠的制備方法及其吸油應用，屬于氣凝膠技術領域，以羽絨、羽毛、廢棄蠶絲等天然資源為原料，采用尿素/鹽酸胍、乳酸/半胱氨酸等低共熔溶劑液相剝離技術提取再生微/納米纖維，并以此為前驅體，通過冷凍誘導組裝和MTMS化學氣相沉積改性方法制備了多功能氣凝膠，氣凝膠的密度和孔隙率可達5.36mg/cm³和99.63%，具有多尺度纖維網絡骨架結構，展現出優異的壓縮性能和耐疲勞回彈性，80%應變下的應力高達15.72kPa，且在100次循環后相對高度保持在81%以上，導熱系數與環境條件下的空氣導熱系數相當，氣凝膠的表面形成了硅氧烷網絡結構，賦予其超疏水性能，水接觸角為150.9°，對氯仿表現出較強的吸收能力，倍率高達188.75g/g，而且還具有良好的重復使用性能。

技術領域

本發明涉及氣凝膠技術領域，具體涉及一種再生蛋白基高強氣凝膠的制備方法及其吸油應用。

背景技術

生物聚合物氣凝膠是一種由天然生物材料制備的新型三維多孔材料，具有是密度低、孔隙率高、比表面積大和可再生性，在藥物釋放、細胞增殖和組織工程支架等生物醫學領域引起了廣泛關注。在迄今已知的各種天然生物材料中，再生蛋白更具優勢，蛋白由交替的疏水性和親水性嵌段組成，再生蛋白制備的氣凝膠材料可以同時吸附和結合水基和含油污染物分子，具有具有儲存容量大的優勢。眾所周知，羽絨、羽毛、廢棄蠶絲等天然資源資源豐富，成本較低，若不加以利用，還將對環境造成污染，為此，國內外學者廣泛關注到了再生蛋白的提取及蛋白基新材料的制備，例如CN111850760A一種利用廢舊蠶絲制備高取向度絲素納米纖維紗線的方法等。

與之同時，隨著生產生活中含油污或非極性有機溶劑廢水的大量排放以及海上原油泄露事故的頻繁發生，水中油污染已經對人類健康和生態環境安全產生了嚴重威脅。因此，如何高效、快速地解決水中油污染問題成為當前亟待攻克的難題。目前，處理水中油污染問題的主要方法有直接燃燒法、物理機械法、生物降解法、化學處理法以及投放吸油材料法。其中，由于投放多孔吸油材料法具有方便、高效以及避免二次污染等優勢應用最為廣泛。當前，多孔吸油材料主要有高分子海綿（如聚氨酯、聚苯烯）、納米碳基氣凝膠（石墨烯、碳納米管）、納米纖維素氣凝膠以及最近的MXene基氣凝膠等。盡管上述多孔材料展現出優良的吸油性能，但是仍然存在制備工藝復雜、生物降解性差、原料價格昂貴以及力學性能較差等缺點。因此，開發高效、力學彈性優異以及綠色環保的生物質多孔吸油材料，有助于解決油污染問題，緩解能源危機，符合“雙碳”目標要求。

再生蛋白基氣凝膠是一種典型的生物質多孔材料，具有豐富的物理/化學吸附位點，在環境處理領域展現出廣闊的應用前景。不同于無機氣凝膠和有機聚合物氣凝膠，蛋白氣凝膠在傳統氣凝膠的特性的基礎上（如低密度、高孔隙率、高比表面積以及超低的導熱系數等），同時還融入了蛋白本身的生物相容性、生物降解性和易于化學修飾等優良性能，是一種具有開發前景的綠色環保型多孔吸附材料。然而，蛋白分子鏈中含有大量的親水性嵌段，使其具有較強的吸水能力，將氣凝膠材料直接用于水中油污染處理的同時也會吸附大量的水，導致油水選擇性不高，處理效率低，嚴重影響使用效果。通過化學修飾在蛋白分子鏈上引入疏水性基團是提升蛋白氣凝膠吸油性能的有效途徑。Maleki等人以聚甲基倍半硅氧烷（PMSQ）為改性劑，通過連續的溶膠-凝膠法制備了吸油性能優異的蛋白-PMSQ復合氣凝膠，但制備工藝過于冗長，且傳統溶解-再生工藝破壞了天然蠶絲精妙的層次結構，不可避免地會引起再生蛋白氣凝膠力學彈性降低，導致其在吸附-擠壓過程中吸油能力下降。盡管引入的PMSQ提高了蛋白氣凝膠的壓縮強度，但是其力學彈性已不再受重視。Shome和Zhou等團隊分別采用烷基胺和氧化石墨烯/三聚氰胺改性再生蛋白氣凝膠，賦予了其優良的力學彈性。然而，制備的蛋白-烷基胺氣凝膠和蛋白-氧化石墨烯/三聚氰胺氣凝膠的吸油能力相對較差，兩者的最高吸油倍率僅為40g/g和77g/g。

綜上所述，將蛋白氣凝膠用于水中油污染處理必須具備高吸油能力和優異的力學彈性。然而，目前鮮有關于超彈性、超疏水蛋白氣凝膠的制備與吸油性能的報道。本領域技術人員亟待開發一種再生蛋白基高強氣凝膠的制備方法及其吸油應用，滿足現有的應用需求和性能要求。

發明內容