【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及净水材料，具体涉及一种3d打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料及制备方法。
技术介绍
1、随着人们对水质安全和健康的重视，净水器滤芯市场逐渐壮大，行业规模也正逐年扩大。目前市场上的净水滤芯主要分为ro膜、活性炭、陶瓷等几种类型，其中大多数以ro膜为主。
2、传统滤芯的ro膜虽然能够去除水中的重金属、细菌、病毒等有害物质，但其属于石油基化学合成材料，不具备可降解性能，后期处理过程复杂，易产生微塑料问题，对环境产生不利影响。再者，传统滤芯在反渗透过滤部分需要额外加装压力泵，不但占据一定内部体积，还会产生额外的能耗。
技术实现思路
1、为了解决现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种3d打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料及制备方法，以解决现有净水芯材料不可降解，且需要压力泵，产生额外能耗的问题。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种3d打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料，该材料为核壳结构，壳层中包括纤维素，芯层中包括纤维素和木质素。
3、本专利技术的有益效果为：本申请提供的复合自输水净水芯材料一天然高分子材料即木质素和纤维素为原料，其原料来源广泛，成本低，并且具有可降解性的优势。木质素具有疏水性，由于木质素分子中含有大量的芳香环结构，这些结构特性使得木质素对水具有较强的排斥性，因此，木质素具有不易吸水的特征。而纤维素是一种亲水性较强的多糖类聚合物，其分子中含有大量的羟基基团，使得纤维
4、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
5、进一步地，芯层材料和壳层材料的体积比为1:3-5；优选芯层材料和壳层材料的体积比为1:3-4。
6、采用上述进一步技术方案的有益效果为：当芯层材料和壳层材料在3d打印时的体积比为1:3-5时，才能保证3d打印时材料能够成功成型，且堆积工整，材料有较好的物理结构，干燥后机械性能较好。
7、进一步地，芯层中纤维素和木质素的质量比为1:1-3。
8、采用上述进一步技术方案的有益效果为：当纤维素和木质素的质量比控制在1:1-3时，即可起到很好的疏水作用，使得水分能够自输送，同时还能够形成一定的形状，若纳纤维素含量太高，芯层材料粘度较大，滤水能力减弱，且木质素和纤维素之间构筑的亲疏水界面松散；若纤维素含量太低，芯层材料粘度太小，增加打印难度，不利于打印。当纤维素和木质素的质量比为1:1时，效果更佳。
9、进一步地，芯层中木质素的形貌为木质素纳米管。
10、采用上述进一步技术方案的有益效果为：经过验证发现，微观形貌为纳米管的木质素能够很好的穿插分布在纳米纤维素中，芯层材料结构更稳定，在进行滤水时芯层木质素流失的速度更慢；此外，木质素纳米管有较好的滤水效果，水样中的金属离子能够更充分地与木质素接触，木质素纳米管对金属离子的吸附能力更强。
11、上述3d打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料的制备方法包括以下步骤：
12、(1)制备芯层复合材料
13、将木质素和纤维素混合，加入去离子水，混匀，得混合物，然后将混合物进行离心脱泡，制得芯层复合材料；
14、(2)制备壳层材料
15、将纤维素溶解在四丁基氢氧化铵/二甲基亚砜混合溶液中，然后装入针管中挤出，制得壳层材料；
16、(3)制备复合自输水净水芯材料
17、将芯层复合材料和壳层材料通过3d打印方式制得复合自输水净水芯材料。
18、本专利技术的有益效果为：在制备芯层复合材料过程中，将木质素和纤维素混合，加入去离子水，混匀，能够使得木质素和纤维素两种材料在水中充分分散，然后将分散后的混合物进行离心脱泡，这样可以减少气泡对后续材料性质的影响，并确保混合物质地均匀。在制备壳层材料中，四丁基氢氧化铵/二甲基亚砜混合溶液为纤维素的溶解剂，有助于纤维素的分散和溶解，四丁基氢氧化铵/二甲基亚砜混合溶液中，四丁基氢氧化铵(tbah)可以打破纤维素之间的氢键，使其更容易溶解，而二甲基亚砜(dmso)则有助于促进溶剂与纤维素的相互作用，提高溶解效率，将纤维素溶解在上述混合溶液中后，再装入针管挤出，可得到具有固定形状的材料。最后将芯层复合材料和壳层材料通过3d打印方式制备复合自输水净水芯材料，通过3d打印方式可以为用户提供复杂的个性化定制需求，迎合未来私人化、定制化发展趋势。
19、进一步地，步骤(1)混合物中，木质素和纤维素总质量占混合物总质量的3-5％。
20、进一步地，步骤(1)中木质素的形貌为木质素纳米管，其通过以下方法制得：
21、将木质素加入水中，然后再加入助溶剂，最后加入电解质，混匀，透析，制得木质素纳米管；或
22、将助溶剂与水混合形成助溶剂水溶液，然后加入木质素，最后加入电解质，混匀，透析，制得木质素纳米管；
23、其中，电解质为氯化钠、氯化钙、碳酸钾、溴化钠、硫酸钠、硝酸钠、氯化铜、硫酸铜、氯化亚铁、氯化铁、硫酸钴和硫酸镍中的任意一种；
24、当电解质为氯化钠、氯化钙、碳酸钾、溴化钠、硫酸钠、硝酸钠、氯化铜和氯化亚铁时，电解质在反应体系中的浓度为0.01-1mol/l；当电解质为氯化铁时，电解质在反应体系中的浓度大于等于0.01mol/l，且小于0.05mol/l；
25、助溶剂为甲醇、乙醇、乙二醇、四氢呋喃、二氧六环或n,n-二甲基甲酰胺。
26、进一步，木质素在助溶剂水溶液中的质量浓度为1-20％。
27、进一步地，加入助溶剂后使得助溶剂在反应体系中所占的体积浓度为10-90％。
28、进一步地，透析温度为20-60℃，透析时间为2-4天。
29、进一步，步骤(2)中将纤维素溶解在四丁基氢氧化铵/二甲基亚砜混合溶液中，使得纤维素的浓度为5-7wt％。
30、采用上述进一步技术方案的有益效果为：纤维素含量应控制在5-7wt％，其含量为6wt％时最佳。当纤维素含量较低如5wt％时，壳层原料的粘度小，打印时无法迅速凝固，材料的结构无法堆积起来，最终材料难以成型；当纤维素含量较高如7wt％时，壳层原料粘度大，使用蠕动泵难以从针管挤出，无法进行打印。
31、进一步，步骤(2)中四丁基氢氧化铵和二甲基亚砜的体积比为15-25:65-75。
32、本专利技术具有以下有益效果：
33、本专利技术提供的复合自输水净水芯材料为核壳结构，壳层中包括纤维素，纤维素具有吸水性，将水吸至复合自输水净水芯材料中，而芯层中含有木质素，木质素具有疏水特性，使得水分自本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种3D打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料，其特征在于，该材料为核壳结构，壳层中包括纤维素，芯层中包括纤维素和木质素。
2.根据权利要求1所述的3D打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料，其特征在于，芯层材料和壳层材料的体积比为1:3-5。
3.根据权利要求1或2所述的3D打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料，其特征在于，芯层中纤维素和木质素的质量比为1:1-3；芯层中木质素的形貌为木质素纳米管。
4.权利要求1-3任一项所述的3D打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)混合物中，木质素和纤维素总质量占混合物总质量的3-5％。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，木质素的形貌为木质素纳米管，通过以下方法制得：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，木质素在助溶剂水溶液中的质量浓度为1-20％；加入助溶剂后使得助溶剂在反应体系中所占的体积浓度为10-90％。
<...【技术特征摘要】
1.一种3d打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料，其特征在于，该材料为核壳结构，壳层中包括纤维素，芯层中包括纤维素和木质素。
2.根据权利要求1所述的3d打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料，其特征在于，芯层材料和壳层材料的体积比为1:3-5。
3.根据权利要求1或2所述的3d打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料，其特征在于，芯层中纤维素和木质素的质量比为1:1-3；芯层中木质素的形貌为木质素纳米管。
4.权利要求1-3任一项所述的3d打印全降解纤维素和木质素复合自输水净水芯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)混合物中，木质素和纤维素总质量占混合物总...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜曼，黄杰，张朔源，李正岽，马建强，屈星铼，杜小庆，占玉林，斯睿哲，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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