一种细菌纤维素气凝胶、制备方法及其应用

本发明涉及吸附分离技术领域，特别是涉及一种细菌纤维素气凝胶、制备方法及其应用。

背景技术：

温室气体的排放一直是全球关注的焦点。特别是co2的过度排放产生的热辐射，导致全球平均气温升高。co2捕获技术在解决空气污染和绿色化学过程中起着至关重要的作用。因此，如何高效捕获co2是人类的研究重点之一。

目前，金属有机框架材料(mofs)由于其超大的比表面积，超高的孔隙率，结构的可调性，已被应用在co2捕获领域。其中最典型的是zif-8。zif-8的孔直径平均为0.45nm，比co2(0.33nm)的直径大，co2能够进入zif-8内部。另一方面，在保持zif-8结构完整性和高孔隙率的同时，通过有机基团的置换对zif-8进行氨基化改性是一种新方法。氨基的引入能够大大提高co2的捕获量。但是，由于nh2-zif-8呈粉末状态，使用寿命短，不宜回收。需要寻找一种载体，解决回收问题。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述吸收co2产品中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中一个目的是，克服现有吸收co2产品的不足，提供一种细菌纤维素气凝胶。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种细菌纤维素气凝胶，其包括：气凝胶为nh2-zif-8和细菌纤维素的复合气凝胶。

作为本发明所述细菌纤维素气凝胶的一种优选方案，其中：复合气凝胶包括若干个微孔，所述微孔直径≤2nm，所述微孔的体积为0.0759～0.1987cm³/g，比表面积为200～500m²/g。

本发明另一个目的是，提供一种细菌纤维素气凝胶的制备方法。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种细菌纤维素气凝胶的制备方法，其包括如下步骤：

将zn(no3)2·6h2o溶解在甲醇中形成溶液a；

将细菌纤维素浸润在溶液a中；

将配体溶于甲醇中制得溶液b；

将溶液a和溶液b混合进行搅拌；

将气凝胶使用去离子水洗涤后进行干燥，制得nh2-zif-8@细菌纤维素气凝胶。

作为本发明所述细菌纤维素气凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：配体为二甲基咪唑和2-氨基苯并咪唑。

作为本发明所述细菌纤维素气凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：细菌纤维素气凝胶：zn(no3)2·6h2o：二甲基咪唑：2-氨基苯并咪唑：甲醇＝0.02g：0.8g：1g：0.5～1.0g：90ml。

作为本发明所述细菌纤维素气凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：细菌纤维素气凝胶：zn(no3)2·6h2o：二甲基咪唑：2-氨基苯并咪唑：甲醇＝0.02g：0.8g：1g：0.75g：90ml。

作为本发明所述细菌纤维素气凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：将溶液a和溶液b混合进行搅拌中，搅拌时间为2～6h，搅拌转速为100～300rpm。

作为本发明所述细菌纤维素气凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：将溶液a和溶液b混合进行搅拌中，搅拌时间为4h，搅拌转速为200rpm。

作为本发明所述细菌纤维素气凝胶的制备方法的一种优选方案，其中：将细菌纤维素浸润在溶液a中，还包括超声处理步骤，所述超声处理步骤超声功率为500～200w，超声处理时间为20～40min。

本发明另一个目的是，提供一种细菌纤维素气凝胶的应用。

作为本发明所述细菌纤维素气凝胶的应用的一种优选方案，其中：细菌纤维素气凝胶应用于co2气体的吸附。

本发明具有如下优点：

1、本发明所述的制备方法是原位生长，简化了制备流程。

2、本发明所述的nh2-zif-8@细菌纤维素气凝胶含有多级孔结构，包括大孔和微孔，有较高的co2捕获能力，可以应用在co2吸附领域。

3、本发明所述的nh2-zif-8@细菌纤维素气凝胶，多级孔的构建和氨基的引入大大提高了co2的捕获量。此外，该气凝胶易于回收，重复利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为实施例1-3获得的nzb-0.75气凝胶、nzb-0.5气凝胶、nzb-0气凝胶在-196℃条件下测得到氮气等温吸附曲线图。

图2为实施例1-3获得的nzb-0.75气凝胶、nzb-0.5气凝胶、nzb-0气凝胶在0℃下测得到co2等温吸附曲线图。

图3为实施例1-3获得的nzb-0.75气凝胶、nzb-0.5气凝胶、nzb-0气凝胶在25℃条件下测得到co2的等温吸附曲线图。

图4为实施例3获得的nzb-0.75气凝胶的场发射电子显微镜图。

图5为实施例1-3获得的nzb-0.75气凝胶,nzb-0.5气凝胶,nzb-1气凝胶的xrd图。

图6为实施例1-3获得的nzb-0.75气凝胶,nzb-0.5气凝胶,nzb-1气凝胶的ft-ir图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

将1gzn(no3)2·6h2o溶解于40ml甲醇溶液中搅拌12h制得溶液a，称取0.025g细菌纤维素气凝胶浸润于溶液a中并且采用超声处理，超声的功率(或频率)为100w，超声处理时间为30min，将1.25g二甲基咪唑和0.75g2-氨基苯并咪唑加入到50ml甲醇溶液中在200rpm转速下搅拌30min均匀后得到溶液b，将溶液a和溶液b混合在200rpm的转速下搅拌4h。使用去离子水洗涤后，得到的气凝胶nzb-0.75在60℃烘箱下干燥6h。

实施例2

将1gzn(no3)2·6h2o溶解于40ml甲醇溶液中搅拌12h制得溶液a，称取0.025g细菌纤维素气凝胶浸润于溶液a中并且采用超声处理，超声的功率(或频率)为100w，超声处理时间为30min，将1.25g二甲基咪唑和0.5g2-氨基苯并咪唑加入到50ml甲醇溶液中在200rpm转速下搅拌30min均匀后得到溶液b，将溶液a和溶液b混合在200rpm的转速下搅拌4h。使用去离子水洗涤后，得到的气凝胶nzb-0.75在60℃烘箱下干燥6h。

实施例3

将1gzn(no3)2·6h2o溶解于40ml甲醇溶液中搅拌12h制得溶液a，称取0.025g细菌纤维素气凝胶浸润于溶液a中并且采用超声处理，超声的功率(或频率)为100w，超声处理时间为30min，将1.25g二甲基咪唑和1g2-氨基苯并咪唑加入到50ml甲醇溶液中在200rpm转速下搅拌30min均匀后得到溶液b，将溶液a和溶液b混合在200rpm的转速下搅拌4h。使用去离子水洗涤后，得到的气凝胶nzb-0.75在60℃烘箱下干燥6h。

实施例4

将实施例1～3中经过干燥的气凝胶通过brunauer-emmett-teller方式制得在-196℃下的氮气等温吸附脱附曲线，数据如图1所示。

将实施例1～3中经过干燥的气凝胶通过micromeriticstristarⅱ吸附仪测定在0℃下的氮气等温吸附脱附曲线，数据如图1所示。

将实施例1～3中经过干燥的气凝胶通过micromeriticstristarⅱ吸附仪测定在25℃下的氮气等温吸附脱附曲线，数据如图1所示。

由图1可得，实施例1-3中制得的nzb-0.75、nzb-0.5、nzb-1气凝胶在低压下的n2的吸收量有较大的增加，中间有空心回滞线，说明其呈ⅳ型等温线；实施例1中制得nzb-0.75气凝胶的回滞环和其他样相比明显变大。

由图2可得，实施例1中制得nzb-0.75气凝胶在1bar条件下co2的吸附量为1.71mmol/g；实施例2中制得nzb-0.5气凝胶在1bar条件下co2的吸附量为0.49mmol/g；实施例3中制得nzb-1气凝胶在1bar条件下co2的吸附量为1.30mmol/g。

由图3可得，实施例1中制得nzb-0.75气凝胶在1bar条件下co2的吸附量；1.40mmol/g；实施例2中制得nzb-0.5气凝胶在1bar调价下co2的吸附量为0.31mmol/g；实施例3中制得nzb-1气凝胶在1bar条件下co2的吸附量为0.95mmol/g。

由图1、2、3可得，实施例1中制得的nzb-0.75气凝胶在吸附性能上相较对比文件2、3有着一定程度的提升，实施例1中制备气凝胶使用的参数为优选的参数。

实施例5

将实施例1～3中制得气凝胶通过brunauer-emmett-teller测量其表面积和微孔体积，测得的比表面积数据如下：实施例1中制得的nzb-0.75的比表面积为455m²/g，微孔体积为0.1718cm³/g；实施例2中制得的nzb-0.5的比表面积为258m²/g，微孔体积为0.1080cm³/g；实施例3中制得的nzb-1的比表面积为183m²/g，微孔体积为0.0744cm³/g。由实施例1～3中制得气凝胶的表面积和微孔面积的结论相同，实施例1制得气凝胶的性能最好，验证了吸附量实验的结论，实施例1中制得的气凝胶的性能最好，实施例1中的制备参数为优选的制备参数。

由图4可得，形成的气凝胶的微观结构是规则的nh2-zif-8颗粒被加载到光滑的细菌纤维素气凝胶表面上。

由图5可得，各样品的衍射峰位置一致，说明含有相同的基团，且衍射峰位置与其他公开文件中报道的位置一致。

由图6可得，在特定的位置，出现了nh2-zif-8和细菌纤维素的基团峰。

细菌纤维素是由葡萄糖单元组成的链状大分子多糖，其表面富含羟基，能与金属离子产生螯合作用。在这种螯合作用下，羟基与zn²⁺形成zn-o键，然后引入配体，在纤维素表面直接合成nh2-zif-8。nh2-zif-8与细菌纤维素复合构建了微孔、大孔的多级孔结构。另外，氨基的引入提供了更多的吸附位点。两者的作用大大提高co2的捕获量。

实施例1～3中细菌纤维素与nh2-zif-8复合的气凝胶呈现三位多孔的结构，且制备方法简单环保，易于操作且可大规模生产；复合气凝胶比表面积较高，孔隙率高，利于吸附co2；氨基的引入大大提高co2的吸附量；在多级孔和氨基的作用下，co2吸附量远超单一材料的吸附量；复合气凝胶具有很好的稳定性以及回收性；复合后的气凝胶可塑性高，可根据需要制成不同大小和形状的气凝胶。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。