一种多孔结构的水凝胶复合材料及其制备与应用制造技术

本发明专利技术涉及水凝胶复合材料技术领域，公开了一种多孔结构的水凝胶复合材料及其制备与应用。水凝胶复合材料为CNF/CC/Eu/TTA，TTA和Eu形成的稀土配合物以共价键方式与CNF和CC形成的三维网络结构相连。其中，所述CNF为纤维素纳米纤维，CC为羧化壳聚糖，Eu为稀土铕离子，TTA为2

【技术实现步骤摘要】
一种多孔结构的水凝胶复合材料及其制备与应用


[0001]本专利技术涉及水凝胶复合材料
，更具体地，涉及一种多孔结构的水凝胶复合材料及其制备与应用。

技术介绍

[0002]稀土配合物具有优异的发光性能，但是单纯的稀土配合物在实际应用中受到了很大的限制，把稀土配合物引入到一些基质材料中，可以扩大稀土配合物的应用范围。传统的方法是把稀土配合物掺杂到一些人工合成高分子或者二氧化硅等基质材料中。这些基质的固有缺点是生物相容性较差、不易生物降解。另外，传统方法制备的稀土复合材料中，材料的力学性能也需要进一步提高。对于既具有良好的力学性能，同时又具有优异发光性能的稀土配合物水凝胶材料的报道目前还很不多见。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种不足，提供一种具有良好力学性能的多孔结构的水凝胶复合材料，此外，还提供了该水凝胶复合材料的制备与应用。
[0004]为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用下述技术方案：
[0005]本专利技术第一方面提供一种多孔结构的水凝胶复合材料，所述水凝胶复合材料为CNF/CC/Eu/TTA，TTA和Eu形成的稀土配合物以共价键方式与CNF和CC形成的三维网络结构相连。其中，所述CNF为纤维素纳米纤维，CC为羧化壳聚糖，Eu为稀土铕离子，TTA为2-噻吩甲酰三氟丙酮去质子后的钠盐。具体地，所述CNF与CC通过氢键相连形成所述三维网络结构，所述Eu与CC的羧基官能团以共价键方式相连，所述TTA的β-二酮官能团与Eu共价结合形成所述稀土配合物。
[0006]本专利技术选用羧化壳聚糖与纤维素纳米纤维为基质，价格低廉，易于大规模获取；而且，羧化壳聚糖与纤维素纳米纤维属于天然生物大分子，容易降解，属于环境友好型材料。纤维素纳米纤维通过氢键与羧化壳聚糖结合形成三维网络结构，稀土铕离子与羧化壳聚糖的羧基官能团配位，从而以共价键方式与水凝胶网络骨架稳定相连，且均匀分布，TTA随后与稀土铕离子进一步配位，从而把稀土配合物以共价键合的方式连接到生物大分子网络骨架中，避免了传统物理掺杂所制备材料的荧光猝灭现象，形成优异的红色荧光水凝胶材料，具有良好力学性能。所述水凝胶复合材料的分解温度为283℃。
[0007]本专利技术第二方面提供上述多孔结构的水凝胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：S1、在CNF溶胶中加入CC，室温下搅拌至充分溶解；S2、将环氧氯丙烷和氢氧化钠加入步骤S1所得的溶胶中，充分搅拌均匀；S3、将步骤S2所得的溶胶倒入模具中，然后在-25℃条件下冷冻；S4、将步骤S3所得的冻胶在水中解冻，用大量去离子水洗涤，得到水凝胶；S5、将步骤S4所得的水凝胶在盐酸溶液中浸泡，然后用大量去离子水洗涤；
S6、将步骤S5所得的水凝胶浸泡到EuCl3水溶液中，然后用大量去离子水洗涤，得到含Eu的水凝胶；S7、将步骤S6所得含Eu的水凝胶浸泡到2-噻吩甲酰三氟丙酮去质子后的钠盐溶液中，然后用大量去离子水洗涤，得到所述水凝胶复合材料。
[0008]本专利技术采用冷冻—解冻这种简单易行的方法制备水凝胶材料，将羧化壳聚糖和纤维素纳米纤维与稀土配合物通过共价键相连，使稀土铕配合物能够均匀分布在生物大分子基质骨架网络中，避免了传统物理掺杂所制备材料的荧光猝灭现象。实验的实施简单易行，材料的后处理极其方便，基本都是采用去离子水洗涤的方式，大大减少了有机溶剂的实用，符合环保要求，所得水凝胶复合材料可以作为一种环保型的识别材料。该方法具有良好的可加工性能，根据不同的要求，可以通过设计不同的模具，从而得到不同形态的材料，因此，水凝胶材料的形态可以根据需要自由设计，所得水凝胶材料表现出优异的压缩应变性能。该制备方法可以应用于其它稀土离子发光体系以及天然生物大分子体系。
[0009]以下是上述制备方法的优选方案：
[0010]步骤S1中，CC的质量百分比浓度优选为0.5～4％；更优选地，CC的质量百分比浓度为0.6～3％。
[0011]步骤S2中，环氧氯丙烷的体积比浓度优选为5～20％，氢氧化钠的摩尔浓度优选为0.4～1.5M；更优选地，环氧氯丙烷的体积比浓度为6～15％，氢氧化钠的摩尔浓度为0.5～1.2M。
[0012]步骤S3中，冷冻时间优选为24～72h；更优选地，冷冻时间为30～60h。
[0013]步骤S5中，盐酸的摩尔浓度优选为0.1～1.2M；更优选地，盐酸的摩尔浓度为0.2～1.0M。
[0014]步骤S6中，EuCl3水溶液中稀土铕离子的摩尔浓度优选为0.01～0.15M；更优选地，EuCl3水溶液中稀土铕离子的摩尔浓度为0.02～0.12M。
[0015]步骤S7中，2-噻吩甲酰三氟丙酮去质子后的钠盐溶液的摩尔浓度优选为0.01～0.08M；更优选地，2-噻吩甲酰三氟丙酮去质子后的钠盐溶液的摩尔浓度为0.02～0.06M。
[0016]本专利技术第三方面提供上述多孔结构的水凝胶复合材料的应用。该水凝胶复合材料在350nm激发下得到红色发射光谱，最大发射峰在613nm处，为典型的稀土铕配合物的纯正红色荧光发射峰，色纯度高。同时，该水凝胶复合材料具有良好的力学性能，表现出优异的压缩应变性能，可以应用作为红色荧光材料。
[0017]本专利技术与现有技术相比较有如下有益效果：
[0018]首先，本专利技术使用了一种简单易行的方法将羧化壳聚糖和纤维素纳米纤维与稀土配合物通过共价键相连，使稀土铕配合物能够均匀分布在生物大分子基质骨架网络中，避免了传统物理掺杂所制备材料的荧光猝灭现象。
[0019]其次，本专利技术的水凝胶材料在350nm激发下得到红色发射光谱，最大发射峰在613nm处，为典型的稀土铕配合物的纯正红色荧光发射峰，色纯度高。
[0020]第三，本专利技术的水凝胶材料选用羧化壳聚糖与纤维素纳米纤维为基质，价格低廉，易于大规模获取。而且，羧化壳聚糖与纤维素纳米纤维属于天然生物大分子，容易降解，属于环境友好型材料。
[0021]第四，本专利技术的水凝胶材料具有良好的力学性能，体现出良好的压缩应变特点。
[0022]最后，本专利技术的制备方法上：1)水凝胶材料的制备经过简单的冷冻—解冻制备，简单易行。2)具有良好的可加工性能，根据不同的要求，可以通过设计不同的模具，从而得到不同形态的材料；3)水凝胶材料制备的后处理基本都是采用去离子水洗涤的方式，大大减少了有机溶剂的实用，符合环保要求；4)该制备方法可以应用于其它稀土离子发光体系以及天然生物大分子体系。
附图说明
[0023]图1是多孔结构的水凝胶复合材料经过干燥后的热重图。
[0024]图2是多孔结构的水凝胶复合材料经过干燥后的扫描电镜图。
[0025]图3是多孔结构的水凝胶复合材料经过干燥后的Eu元素分布图。
[0026]图4是多孔结构的水凝胶复合材料在日光照射下的图。
[0027]图5是多孔结构的水凝胶复合材料在紫外灯照射下的图。
[0028]图6是多孔结构的水凝胶复合材料的荧光光谱图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔结构的水凝胶复合材料，其特征在于，所述水凝胶复合材料为CNF/CC/Eu/TTA，TTA和Eu形成的稀土配合物以共价键方式与CNF和CC形成的三维网络结构相连；其中，所述CNF为纤维素纳米纤维，CC为羧化壳聚糖，Eu为稀土铕离子，TTA为2-噻吩甲酰三氟丙酮去质子后的钠盐。2.根据权利要求1所述的多孔结构的水凝胶复合材料，其特征在于，所述CNF与CC通过氢键相连形成所述三维网络结构，和/或所述Eu与CC的羧基官能团以共价键方式相连，和/或所述TTA的β-二酮官能团与Eu共价结合形成所述稀土配合物，和/或所述水凝胶复合材料的分解温度为283℃。3.一种如权利要求1或2所述的多孔结构的水凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在CNF溶胶中加入CC，室温下搅拌至充分溶解；S2、将环氧氯丙烷和氢氧化钠加入步骤S1所得的溶胶中，充分搅拌均匀；S3、将步骤S2所得的溶胶倒入模具中，然后在-25℃条件下冷冻；S4、将步骤S3所得的冻胶在水中解冻，用大量去离子水洗涤，得到水凝胶；S5、将步骤S4所得的水凝胶在盐酸溶液中浸泡，然后用大量去离子水洗涤；S6、将步骤S5所得的水凝胶浸泡到EuCl3水溶液中，然后用大量去离子水洗涤，得到含Eu的水凝胶；S7、将步骤S6所得含Eu的水凝胶浸泡到2-噻吩甲酰三氟丙酮去质子后的钠盐溶液中，然后用大量去离子水洗涤，得到所述水凝胶复合材料。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰祎，代天卫，杨德超，张金蒙，田乙然，张旭锋，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：