一种胶原基电热复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及电热材料领域，具体涉及一种胶原基电热复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电热材料在热管控和粘性乳液分离等领域具有广阔的应用前景（li k l, liu hx, zhang y, et al. electrothermal hollow fiber membrane for convenient heatmanagement in joulevacuum membrane distillation[j]. chemical engineeringjournal, 2022, 443:136521. yue x j, fu d b, zhang t, et al. superhydrophobicstainless-steel mesh with excellent electrothermal properties for efficientseparation of highlyviscous water-in-crude oil emulsions[j]. industrial&engineering chemistry research, 2020, 59(40): 17918-17926. tao x, tian d x,liang s q, et al.research progress on the preparation of flexible and greencellulose-based electrothermal composites for joule heating applications[j].acs applied energy materials, 2022, 5(11): 13096-13112.）。胶原纤维广泛存在于动物的骨骼、肌腱和皮肤等组织中，是一种典型的结构蛋白，具有独特的多层级纤维结构（richa, crick f h c. the structure of collagen[j]. nature, 1955, 176(4489):915-916.xiao h z, cui y w, wang y j, et al. synergistic combination of thecapillary effect of collagen fibers and size-sieving merits of metal-organicframeworksfor emulsion separation with high flux[j]. industrial&engineeringchemistry research, 2020, 59(33): 14925-14934. ye x x, xiao h z, wang y p, etal.efficient separation of viscous emulsion through amphiprotic collagen nanofibers-based membrane[j]. journalof membrane science, 2019, 588: 117209.）。胶原纤维这种独特的多层级结构赋予了其优异的多级孔绝热特性和毛细管导流效应，使其在热管控和乳液分离领域具有极大的应用潜力，因此开发胶原基电热材料具有重要意义。然而，胶原纤维本身不具备导电性和电热性，为此亟需发展胶原纤维基电热材料的制备技术。

2、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、为解决背景技术中胶原纤维本身不具备导电性和电热性的问题，本发明的第一目的在于提供一种胶原纤维基电热复合材料，该胶原纤维基电热复合材料具有焦耳加热三维网络结构和多层级网络传输结构。

2、本发明的第二目的在于提供一种胶原纤维基电热复合材料的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供胶原基电热复合材料在热管控中的应用。

4、本发明第四个目的在于提供胶原基电热复合材料在粘性乳液分离中的应用，在粘性乳液分离应用中，胶原基电热复合材料具有的焦耳热效应和毛细管导流效应间存在协同作用。

5、为达到上述目的，本发明采用的第一个技术方案为：

6、一种胶原基电热复合材料，由胶原纤维和碳材料构建的具有焦耳加热三维网络结构和多层级纤维网络传输结构的电热复合材料。

7、优选的，所述碳材料为碳纳米纤维、活性炭、羧基化多壁碳纳米管和氨基化多壁碳纳米管中任一种或多种。

8、本发明采用的第二个技术方案为：

9、一种制备胶原基电热复合材料的方法，包含如下步骤：

10、以热塑性高分子作为粘接剂，将胶原纤维和碳材料经高速剪切共混干燥后热压处理。

11、需要说明的是，其中高速剪切共混的方法为本领域常用的共混方法，本领域技术人员可以根据共混物料适应性调整相应的转速和时间。对于干燥的温度，可选择低于胶原纤维稳定温度的任一温度，无须特殊限制。

12、本发明的第三个技术方案为：

13、上述胶原基电热复合材料在热管控中的应用。

14、本发明的第四个技术方案为：

15、上述胶原基电热复合材料在粘性乳液分离中的应用。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、1.本发明提供一种可控制备具有焦耳加热三维网络结构和多层级纤维网络传输结构的胶原基电热复合材料。

18、2.本发明所制备的胶原基电热复合材料与胶原纤维膜相比具有优异的电热性能。通过调控施加电压可调控胶原基电热复合材料产生的焦耳热，实现高效电热转化及热管控。

19、3.本发明所制备的胶原基电热复合材料可基于焦耳热效应协同毛细管导流效应加快粘性乳液的铺展和油性滤液的传输，解决了粘性乳液分离过程中因乳液粘度高、流动性差而造成的严重污染问题，实现了对粘性乳液的高效分离。与商业聚偏氟乙烯膜和商业聚四氟乙烯膜相比，其对粘性乳液的分离通量具有显著优势。

技术特征：

1.一种胶原基电热复合材料，其特征在于，由胶原纤维和碳材料构建的具有焦耳加热三维网络结构和多层级纤维网络传输结构的电热复合材料。

2.如权利要求1所述的胶原基电热复合材料，其特征在于，所述碳材料为碳纳米纤维、活性炭、羧基化多壁碳纳米管和氨基化多壁碳纳米管中任一种或多种。

3.一种制备如权利要求1或2所述的胶原基电热复合材料的方法，其特征在于，包含以下步骤：

4.如权利要求1或2所述的胶原基电热复合材料在热管控中的应用。

5.如权利要求1或2所述的胶原基电热复合材料在粘性乳液分离中的应用。

技术总结
本发明公开了一种胶原基电热复合材料及其制备方法和应用。以胶原纤维为基材，通过引入碳材料作为焦耳加热和破乳位点，构建了具有焦耳加热三维网络结构和多层级纤维网络传输结构的一种胶原基电热复合材料，该类材料具有优异的焦耳热效应和乳液分离性能，可实现热管控以及对粘性乳液的高效分离。

技术研发人员：黄鑫,曹怡然,肖涵中,石碧
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15