一种木质素基柔性气凝胶的制备方法

本发明属于气凝胶制备，尤其涉及一种木质素基柔性气凝胶的制备方法。

背景技术：

1、气凝胶是一类具备三维连续多孔网络、低密度、高比表面积的新型功能材料，传统二氧化硅气凝胶刚性强、脆性大，受压易发生不可逆破碎，难以满足柔性可压缩场景使用需求；而纯高分子气凝胶虽柔韧性有所提升，但普遍存在力学强度不足、干燥收缩严重、无导电功能等缺陷，同时多数制备体系依赖石油基高分子原料，不可再生且环境相容性较差。木质素作为农林生物质加工副产物储量巨大、绿色可降解，现有木质素基气凝胶多直接将木质素共混于基体，分散性差、界面结合弱，材料压缩回弹性能差，且缺少连续导电通路，限制其在柔性传感、吸附、电磁防护等领域的应用。

2、现有木质素复合气凝胶制备工艺大多采用常压干燥或冷冻干燥，干燥过程中水的高表面张力易引发孔道坍塌、材料大幅收缩，孔隙率与成型质量难以保障；单一交联体系仅依靠化学交联或无机改性，骨架稳定性不足，同时单一高分子基体无法兼顾高柔韧性与力学强度，难以实现轻质、可回弹、导电、高强度一体化柔性气凝胶的稳定制备。

技术实现思路

1、鉴于上述提及的问题，本发明实施例提供一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，所述方法包括：

2、s1、制备壳聚糖溶液：将壳聚糖加入1%乙酸溶液，60℃水浴搅拌溶解，得到壳聚糖溶液；

3、s2、制备明胶-羟乙基纤维素混合液：60℃水浴将明胶溶于水得到明胶溶液，再加入羟乙基纤维素搅拌均匀；

4、s3、配制预凝胶液：60℃水浴下混合壳聚糖溶液与明胶-羟乙基纤维素混合液，依次加入氧化石墨烯水分散液、甲基三甲氧基硅烷、抗坏血酸、戊二醛水溶液，搅拌均匀后倒入模具，低温静置凝胶成型，得到复合湿凝胶；

5、s4、木质素增强浸渍：将复合湿凝胶浸泡于木质素磺酸钠醇水溶液中改性；

6、s5、溶剂梯度置换：采用乙醇水溶液由低浓度至纯乙醇梯度浸泡湿凝胶，置换体系内部水分；

7、s6、超临界干燥：将置换完成的凝胶进行超临界干燥，制得木质素基柔性气凝胶；

8、其中，所述预凝胶液以壳聚糖、明胶、羟乙基纤维素协同构建柔性有机骨架，甲基三甲氧基硅烷与戊二醛形成有机-无机双交联体系，抗坏血酸原位还原氧化石墨烯形成导电网络，木质素磺酸钠浸渍增强凝胶骨架强度与界面稳定性。

9、优选的，步骤s1中，壳聚糖添加量为0.15～0.25g，乙酸溶液体积10ml，水浴搅拌时间30～60min，所得壳聚糖溶液质量分数为2%。

10、优选的，步骤s2中，明胶添加量0.4g、去离子水10ml，60℃水浴搅拌30～60min配制成4%明胶溶液；羟乙基纤维素添加量为明胶溶液质量的0.4wt%，搅拌时间15min。

11、优选的，步骤s3中，壳聚糖溶液与明胶-羟乙基纤维素混合液等体积混合；氧化石墨烯水分散液浓度2mg/ml，添加体积4～6ml；甲基三甲氧基硅烷添加量0.15ml，搅拌15～30min；抗坏血酸添加量0.1g，搅拌30min；戊二醛为1%水溶液，添加体积0.35ml，搅拌5min；凝胶成型温度0℃，静置固化时间24h。

12、优选的，步骤s4中，木质素磺酸钠醇水溶液体积40ml，木钠浓度8mg/ml，溶剂乙醇与去离子水体积比3:7，浸渍时间2h。

13、优选的，步骤s5梯度置换依次采用体积分数50%、70%、90%、100%乙醇水溶液，各梯度浸泡时长依次为2h、6h、12h、不少于48h。

14、优选的，步骤s6超临界干燥处理时长4h。

15、优选的，所述甲基三甲氧基硅烷构建无机杂化网络提升骨架刚性，戊二醛与壳聚糖氨基发生席夫碱共价交联，二者协同降低干燥收缩、提升压缩回弹性能。

16、优选的，所述抗坏血酸原位还原氧化石墨烯生成还原氧化石墨烯，在三维多孔骨架内部构筑导电通路。

17、优选的，步骤s5乙醇梯度置换消除水分表面张力，配合步骤s6超临界干燥避免毛细管力造成孔道坍塌，获得低密度、高孔隙率三维多孔柔性气凝胶。

18、基于以上方面，采用壳聚糖、明胶与羟乙基纤维素复配构建互穿柔性有机骨架，搭配甲基三甲氧基硅烷与戊二醛有机-无机双交联体系，再经木质素磺酸钠浸渍强化骨架界面，大幅降低材料干燥收缩率，显著提升气凝胶压缩回弹性能与结构稳定性，同时借助抗坏血酸原位还原氧化石墨烯形成导电网络，使材料兼具导电能力与优异柔性，解决了传统木质素基气凝胶脆性大、力学性能差、导电通路不连续的问题。

19、本发明通过乙醇梯度置换结合超临界干燥工艺消除干燥过程毛细管作用力，完整保留内部三维多孔结构，所得气凝胶具备低密度、高孔隙率特征；全部基体原料均为天然生物质材料，绿色可降解、原料成本低廉，整套制备流程条件温和易控，可稳定批量制备兼顾柔性、力学强度与多孔结构的木质素基气凝胶。

1.一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤s1中，壳聚糖添加量为0.15～0.25g，乙酸溶液体积10ml，水浴搅拌时间30～60min，所得壳聚糖溶液质量分数为2%。

3.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤s2中，明胶添加量0.4g、去离子水10ml，60℃水浴搅拌30～60min配制成4%明胶溶液；

4.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤s3中，壳聚糖溶液与明胶-羟乙基纤维素混合液等体积混合；

5.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤s4中，木质素磺酸钠醇水溶液体积40ml，木钠浓度8mg/ml，溶剂乙醇与去离子水体积比3:7，浸渍时间2h。

6.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤s5梯度置换依次采用体积分数50%、70%、90%、100%乙醇水溶液，各梯度浸泡时长依次为2h、6h、12h、不少于48h。

7.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤s6超临界干燥处理时长4h。

8.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：所述甲基三甲氧基硅烷构建无机杂化网络提升骨架刚性，戊二醛与壳聚糖氨基发生席夫碱共价交联，二者协同降低干燥收缩、提升压缩回弹性能。

9.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：所述抗坏血酸原位还原氧化石墨烯生成还原氧化石墨烯，在三维多孔骨架内部构筑连续导电通路。

10.根据权利要求1所述的一种木质素基柔性气凝胶的制备方法，其特征在于：步骤s5乙醇梯度置换消除水分表面张力，配合步骤s6超临界干燥避免毛细管力造成孔道坍塌，获得低密度、高孔隙率三维多孔柔性气凝胶。