本发明涉及一种改善纤维素气凝胶孔隙结构的制备方法，具体技术涉及新材料领域。

背景技术：

气凝胶，又称为干凝胶，是将湿凝胶中的液体用气体取代、同时保持原有的三维网络结构基本不变而形成的多孔材料，其显著性能特点是具有极低的密度以及超高的孔隙率和比表面积(密度可接近空气密度，孔隙率可高达99.8％以上，孔径可达到纳米级别，比表面积200～1000m2/g不等)，是目前世界上最轻的固体材料之一，具有优良的隔热、隔音、储能、吸附等功能，在航空航天、军工、建筑节能、环保、化工等领域都有很高的利用价值，可用于制造宇航服、建筑用隔音/隔热材料，以及空气和水质净化用吸附/过滤材料、催化剂载体、模板材料等用途。

纤维素气凝胶是新发展起来的第三代气凝胶，它在兼具传统气凝胶性能的同时，融入了纤维素特有的原料绿色可再生、可生物降解和优异的生物兼容性等优点，且韧性好、易加工，使气凝胶的应用进一步拓展到制药、医疗、日化等行业领域，因此迅速成为气凝胶研究领域的新热点。

气凝胶的特性主要来源于其孔隙结构。由于纤维素分子之间所存在的氢键作用，纤维素气凝胶在干燥过程中容易因氢键结合而造成原有孔隙结构的塌陷，弱化气凝胶的多孔特性。因此如何根据实际需求控制纤维素气凝胶的孔隙结构是纤维素气凝胶制备的基础课题。

纤维素气凝胶的制备主要包括溶胶的形成、凝胶的形成以及凝胶的干燥，其中每步的过程产物都将影响气凝胶的性能。研究发现微纤化纤维素具有良好的凝胶特性，其凝胶所具有的高分子链缠结网络结构。在制备微纤化纤维素凝胶的过程中加入增稠剂，羧甲基纤维素，可有效提高凝胶的稳定性能，增加高分子网络结构，为制备纤维素气凝胶提供了较好的骨架结构。在纤维素凝胶化、形成稳定的三维网络结构之后，需要在维持这种网络结构的同时将填充于结构中的液体介质置换成气体，从而形成气凝胶。目前，可用于气凝胶干燥的方法主要包括冷冻干燥、超临界干燥和常压干燥3种。综合比较3种干燥方法，冷冻干燥是目前可用于生产的纤维素气凝胶的干燥方法，可通过调节干燥温度和速度达到较好孔隙结构的目的。因此，本发明的目的在于提高纤维素水凝胶的稳定性能，通过冷冻干燥制备纤维素气凝胶，开发一种改善纤维素气凝胶孔隙结构的制备方法。

技术实现要素：

本发明是要改善纤维素气凝胶制备过程中孔隙结构弱化的问题，而提供了一种改善纤维素气凝胶孔隙结构的制备方法。

一种改善纤维素气凝胶孔隙结构的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

将质量比0.1～10％的羧甲基纤维素(取代度为0.1～1.0)与tempo氧化纤维素(羧基含量为0.4～1.2mmol/g)混合均匀后，在高压均质下得到微纤化纤维素水凝胶，高压均质的条件是20～60mpa，均质时间为5～20个循环；随后将水凝胶封装到磨具中，在低温下-196℃～-5℃冷冻，冷冻时间为1min～24h，将冷冻后的纤维素凝胶干燥后得到孔隙结构较好的纤维素气凝胶。

本发明的特点在于：一、本发明制备的纤维素气凝胶具有较好的孔隙结构，改善了干燥条件下孔结构易因氢键结合而变形塌陷的缺陷；二、本发明提供的制备方法，制备过程简单、制备方法绿色环保，制备出的多孔气凝胶可用于过滤、吸附等领域。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做更为详细的介绍：

实施例1：

将质量比5％的羧甲基纤维素与tempo氧化纤维素混合，其中tempo氧化纤维素的羧基含量为1.0mmol/g，羧甲基纤维素的取代度0.5；混合均匀后，在高压均质下得到微纤化纤维素水凝胶，高压均质的条件是30mpa，均质时间为15个循环；随后将水凝胶封装到磨具中，在低温下-196℃冷冻，冷冻时间为1min，之后冷冻干燥24h得到纤维素气凝胶。所制备的纤维素气凝胶与不添加羧甲基纤维素的气凝胶相比，bet比表面积增加了76.9％，孔径降低了46.9％，加入羧甲基纤维素的气凝胶的孔径可低至17nm。

实施例2：

将质量比1％的羧甲基纤维素与tempo氧化纤维素混合，其中tempo氧化纤维素的羧基含量为0.5mmol/g，羧甲基纤维素的取代度0.35；混合均匀后，在高压均质下得到微纤化纤维素水凝胶，高压均质的条件是60mpa，均质时间为20个循环；随后将水凝胶封装到磨具中，在低温下-5℃冷冻，冷冻时间为24h，之后冷冻干燥24h得到纤维素气凝胶。所制备的纤维素气凝胶与不添加羧甲基纤维素的气凝胶相比，bet比表面积增加了58.7％，孔径降低了35.8％，加入羧甲基纤维素的气凝胶的孔径可低至25nm。

本发明的纤维素气凝胶与未添加羧甲基纤维素的气凝胶相比，比表面积和孔径有较大的改善，制备的纤维素气凝胶具有较好的孔隙结构且制备过程简单、绿色环保，制备出的多孔气凝胶在过滤、吸附等领域具有广阔的使用前景。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种改善纤维素气凝胶孔隙结构的制备方法，该方法改善了在制备过程中纤维素气凝胶的孔结构易因氢键结合而变形塌陷的缺陷，且制备过程简单、制备方法绿色环保，制备出的多孔气凝胶可用于过滤、吸附等领域。

技术研发人员：龚琛;倪建萍;田超
受保护的技术使用者：中国制浆造纸研究院有限公司
技术研发日：2019.01.16
技术公布日：2019.06.04