一种全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法和应用

本发明涉及一种全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法和应用，属于天然资源改性。

背景技术：

1、随着石油资源的减少和环境污染的加剧，未来材料的发展趋势将朝着可再生资源的利用方向发展。很多研究者将目光聚焦到松脂、淀粉、糖类、纤维素、木质素、油脂等天然资源。

2、纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。研究人员常常以纤维素为原料制备纤维素气凝胶作为吸附材料用于油水分离领域。纤维素气凝胶因其柔韧性、低成本、可再生、生物相容性、生物降解性等优点而受到学术界和工业界的广泛关注。然而，纤维素中大量羟基的存在使其具有两亲性，因此在不进行表面修饰的情况下，纤维素气凝胶通常不能选择性地吸附油或水，因此不能实现水油分离。

3、聚苯并噁嗪作为一种新型热固性材料，具有高疏水性、低表面自由能、分子结构设计灵活等特点，其在各种底物的疏水改性方面具有潜在的应用前景。前人的报道表明，将多孔材料浸泡在苯并噁嗪溶液中，去除多余溶剂后加热固化，可以得到疏水亲脂多孔材料。然而，这些聚苯并噁嗪大多数源于石油基化学品，不符合绿色发展理念。因此，近年来研究人员把重点转移到了制备全生物质基苯并噁嗪树脂。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中纤维素气凝胶的两亲性和低机械强度等缺陷，本发明提供一种全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法，全生物质基聚苯并噁嗪赋予了改性纤维素气凝胶良好的疏水性，从而使得气凝胶具有良好的选择吸附性和吸附能力，同时该气凝胶具有良好机械性能和重复使用性。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶，其特征在于，原料包括全苯并噁嗪单体和纤维素气凝胶；

4、所述全生物质基苯并噁嗪单体的结构式为：

5、

6、纤维素气凝胶简称ca；全生物质基苯并噁嗪单体简称g-md；苯并噁嗪改性纤维素气凝胶简称p(g-md)/ca。

7、本发明还提供了一种全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8、(1)以香草醛、孟烷二胺、多聚甲醛为原料一锅法通过mannich反应得到全生物质基苯并噁嗪单体；

9、(2)以针叶浆为原料依次经过分散、交联、冷冻干燥得到纤维素气凝胶；

10、(3)将纤维素气凝胶浸泡在全生物质基苯并噁嗪溶液中10min后，室温干燥、固化得到全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶。

11、优选地，所述全生物质基苯并噁嗪溶液的质量分数为0.5％～2.5％。

12、优选地，所述全生物质基苯并噁嗪溶液中的溶剂为四氢呋喃。

13、优选地，所述固化过程为：

14、在100～150℃下固化1～3h，再在150～200℃下固化2～4h，最后在200～250℃下固化1～3h后，降温。

15、本发明又提供了一种全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶在吸附中的应用。

16、优选地，所述吸附包括有机物吸附。

17、优选地，所述有机物吸附包括油类吸附和有机溶剂类吸附。

18、优选地，所述油类为大豆油、原油、硅油或泵油中的至少一种，所述有机溶剂包括石油醚、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、正己烷、氯仿、二甲基亚砜、环己烷中的至少一种。

19、本发明未提及的技术均参照现有技术。

20、本发明所得全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶具有良好的疏水性和选择吸附能力，同时具有良好的机械性能和重复使用性。其水接触角高达135°，在90％应变下的压应力为915kpa，经过20次吸附-挤压循环后，仍能保持在初始吸附量的90％以上。

21、基于以上优良的综合性能，本发明所得的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶可以应用于油水分离领域。

技术特征：

1.一种全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶，其特征在于，原料包括全生物质基苯并噁嗪单体和纤维素气凝胶；

2.根据权利要求1所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，所述全生物质基苯并噁嗪溶液的质量分数为0.5％～2.5％。

4.根据权利要求3所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，所述全生物质基苯并噁嗪溶液中的溶剂为四氢呋喃。

5.根据权利要求2所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法，其特征在于，所述固化过程为：

6.根据权利要求1所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶或权利要求2～5任一项所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法制备得到的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶在吸附中的应用。

7.根据权利要求6所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶在吸附中的应用，所述吸附包括有机物吸附。

8.根据权利要求7所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶在吸附中的应用，所述有机物吸附包括油类吸附和有机溶剂类吸附。

9.根据权利要求8所述的全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶在吸附中的应用，所述油类为大豆油、原油、硅油或泵油中的至少一种，所述有机溶剂包括石油醚、二氯甲烷、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮、正己烷、氯仿、二甲基亚砜、环己烷中的至少一种。

技术总结
本发明公开了一种全生物质基苯并噁嗪改性纤维素气凝胶的制备方法和应用，以愈创木酚、孟烷二胺、多聚甲醛为原料一锅法通过Mannich反应得到苯并噁嗪单体，将苯并噁嗪单体接枝到纤维素气凝胶上，然后经过固化得到改性纤维素气凝胶。本发明中的苯并噁嗪是以孟烷二胺为胺源制备的全生物质基苯并噁嗪单体，而且制备的改性纤维素气凝胶具有良好的疏水亲脂性、机械性能、选择吸油能力、重复使用性等，改性气凝胶水接触角高达135°，在90%应变下的压应力为915 kPa，经过20次吸附‑挤压循环后，仍能保持在初始吸附量的90%以上。

技术研发人员：付飞,蔡庆伟,李金玲,李路瑶,陈朋,王越,贾振华,罗德平
受保护的技术使用者：河南工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19