一种聚苯胺修饰纤维素纳米纤维及其制备方法

本发明涉及电离辐射技术应用领域，具体涉及一种聚苯胺修饰纤维素纳米纤维及其制备方法。

背景技术：

1、聚苯胺作为一种导电高分子材料，具有广泛的应用领域。聚苯胺可用于电子器件和传感器的制备，比如它可以作为导电电极材料，用于太阳能电池、超级电容器、锂离子电池等能源存储和转换设备中，还可用于制备传感器，如气敏传感器、湿度传感器和生物传感器，用于检测环境中的气体、湿度和生物分子等。此外，聚苯胺还具有光催化活性，可用于光催化分解有机污染物和水分解制氢等领域。但是聚苯胺是一种粉末状高分子，无法直接成型而用于实际需求，所以通常以填料、掺杂物的形式来发挥其性能。

2、纤维素纳米纤维则是聚苯胺发挥性能的良载体，它富含羟基等极性基团，可以和苯胺之间形成丰富的氢键，这是二者能够修饰或被修饰的重要原因。纤维素纳米纤维是一种由纤维素分子组成的纳米级纤维素材料。纤维素广泛存在于植物细胞壁中，是一种天然高分子化合物，是地球上最丰富的可再生生物质资源之一。纤维素纳米纤维具有很高的比表面积和特殊的结构特征，以及其天然来源和生物可降解性，纤维素纳米纤维被认为是一种具有出色力学性能的可持续发展的材料，对环境友好。它可以用于制备高强度纸张、纺织品、薄膜、涂层、纳米复合材料等，并在食品包装、药物释放、生物传感器等领域发挥重要作用。因此生产聚苯胺修饰的纤维素纳米纤维具有重要的实际意义。

3、现今，合成聚苯胺的方法大多为化学氧化法，使用如氯化铁，过硫酸钠之类的氧化剂，而其他的方法出现较少。化学氧化法不可避免地会将盐类引入体系，增加了后续纯化样品的难度，同时也为环境保护带来压力，并且合成的聚苯胺的尺寸和聚合度难以控制，这与反应的温度，氧化物的浓度都有着较大的关系，因此化学氧化法合成纳米颗粒仍存在技术挑战。为此，本发明提供一种聚苯胺修饰纤维素纳米纤维及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种聚苯胺修饰纤维素纳米纤维及其制备方法，有效解决了现有的合成方法存在的外加氧化剂，增加纯化样品难度以及形态尺寸无法控制的技术问题，同时提供了一种绿色高效、形态尺寸可控的聚苯胺修饰纤维素纳米纤维的制备方法。

2、本发明的第一个目的是提供一种聚苯胺修饰纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、将苯胺单体与纳米纤维素水溶液混合，于酸性环境下加入no3-源，得到混合溶液，采用电离辐照所述混合溶液，再进行后处理，得到聚苯胺修饰纤维素纳米纤维。

4、作为一种优选的实施方式，所述电离辐照为电子束或γ射线辐照。

5、作为一种优选的实施方式，所述电离辐照的辐照剂量率为1gy-10kgy，辐照剂量为30～100kgy。

6、作为一种优选的实施方式，所述纳米纤维素溶液的浓度为1.2wt％，所述苯胺单体与纳米纤维素的质量比为2～16:1。

7、作为一种优选的实施方式，所述苯胺单体与no3-源的摩尔比为2～10:1。

8、作为一种优选的实施方式，所述酸性环境由硝酸、硫酸或盐酸提供，所述硝酸、硫酸或盐酸的浓度为2～8mol/l，所述纳米纤维素水溶液的浓度为1.2wt％，硝酸、硫酸或盐酸的用量与纳米纤维素溶液等体积。

9、作为一种优选的实施方式，所述no3-源包括硝酸盐，所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸银或硝酸铜。

10、作为一种优选的实施方式，所述后处理具体为：电子辐照后得到粗产物，将所述粗产物于5000～8000rpm离心10～20min，倒出上清液，继续交替加入乙醇和水重复上述离心操作，重复3次，得到初产物，将所述初产物于30～50℃干燥6～12h。

11、本发明的第二个目的在于提供一种上述制备方法制备得到的聚苯胺修饰纤维素纳米纤维。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

13、本发明提供的一种聚苯胺修饰纤维素纳米纤维及其制备方法，将苯胺单体与纳米纤维素水溶液混合，于酸性环境下加入no3-源，得到混合溶液，采用电离辐照所述混合溶液，再进行后处理，得到聚苯胺修饰纤维素纳米纤维。本发明于酸性环境中促进苯胺质子化，进一步氧化得到阳离子自由基，从而引发聚合反应，而由于no3-在酸性环境下具有较佳的氧化性，能够促使苯胺的氧化，故进一步提高聚苯胺的合成速率。通过电子束或γ射线辐射在纳米纤维素表面通过氢键作用力原位修饰纳米簇状聚苯胺。在不添加任何氧化剂的条件下，通过调节辐射能量的大小和辐射时间能够有效控制反应进程，采用电离辐射技术一步法合成聚苯胺修饰的纤维素纳米纤维。本发明提供的制备方法同步实现了聚苯胺的合成及对纳米纤维素的修饰，该方法绿色环保，快速高效，反应可以在很短的时间内进行，避免了传统化学合成方法繁琐的步骤，适用于大批量合成。

技术特征：

1.一种聚苯胺修饰纤维素纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电离辐照为电子束或γ射线辐照。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电离辐照的辐照剂量率为1gy-10kgy，辐照剂量为30～100kgy。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述苯胺单体与纳米纤维素的质量比为2～16:1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述苯胺单体与no3-源的摩尔比为2～10:1。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸性环境由硝酸、硫酸或盐酸提供，所述硝酸、硫酸或盐酸的浓度为2～8mol/l，所述纳米纤维素水溶液的浓度为1.2wt％，硝酸、硫酸或盐酸的用量与纳米纤维素溶液等体积。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述no3-源包括硝酸盐，所述硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾、硝酸银或硝酸铜。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述后处理具体为：电子辐照后得到粗产物，将所述粗产物于离心，倒出上清液，继续交替加入乙醇和水重复上述离心操作，重复3次，得到初产物，将所述初产物干燥。

9.一种权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的聚苯胺修饰纤维素纳米纤维。

技术总结
本发明公开了一种聚苯胺修饰纤维素纳米纤维及其制备方法，属于电离辐射技术应用领域，将苯胺单体与纳米纤维素溶液混合，加入硝酸，得到混合溶液，采用电子辐照所述混合溶液，再进行后处理，得到聚苯胺修饰纤维素纳米纤维。本发明通过电子束或γ射线辐射在纳米纤维素表面通过氢键作用力原位修饰纳米簇状聚苯胺。在不添加任何氧化剂的条件下，通过调节辐射能量的大小和辐射时间能够有效控制反应进程，采用电离辐射技术一步法合成聚苯胺修饰的纤维素纳米纤维，该方法绿色环保，快速高效，反应可以在很短的时间内进行，避免了传统化学合成方法繁琐的步骤，适用于大批量合成。

技术研发人员：齐伟,何玉琦,白佳妮
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9