一种超高离子电导率纤维素离子凝胶及其制备方法

本发明属于绿色天然高分子材料，具体涉及一种超高离子电导率纤维素离子凝胶及其制备方法。

背景技术：

1、纤维素，作为一种资源丰富、广泛可得且可再生的天然高分子聚合物，在生物降解性、生物相容性和成本控制方面具有天然的优势。它在新材料研究和能源应用领域展现出替代传统石油基材料成为关键原料的潜力，这对能源保护和低碳目标的达成具有重要而深远的意义。然而，目前纤维素的研究和应用开发还未充分展开。在纤维素的高值化研究和应用方面，将纤维素与离子液体搭配制备的纤维素离子凝胶是一个重要尝试。用纤维素充当的固相支撑网络固定离子液体，并为源于离子液体的离子传输提供通道，使离子凝胶具备离子导电性，与现有的利用合成高分子材料制备的离子凝胶相比，纤维素离子凝胶因其简单的制备工艺、良好的生物相容性、环境友好性以及优异的离子导电性能脱颖而出。纤维素离子凝胶在保持离子液体的非挥发性、高热稳定性和宽电化学窗口等优点的同时，使离子液体从液相到固相的转变赋予其更多的功能性，值得深入探索和研究。

2、纤维素支撑网络为由阴阳离子组成的离子液体提供载体，但只有纤维素和离子液体构成的离子凝胶不具备较高的离子导电水平，改变支撑体系或传输介质，是常被用作调控此类离子凝胶性能的方式。例如专利cn202211188813.9公开了一种纤维素基凝胶电解质的制备方法，用离子液体和助溶剂溶解微晶纤维素，再向所得溶液中加入反溶剂，过滤，洗涤等一系列繁杂操作得到纤维素基凝胶电解质，与未加纤维素的凝胶电解质相比比电容提升了55％～80％，离子电导率提升了50％～80％。但该发明操作方法繁琐且涉及硫酸这一类危化品的使用，构建出的凝胶生物相容性不佳。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种超高离子电导率纤维素离子凝胶及其制备方法，本发明的制备成本低廉、工艺简单，制备的纤维素离子凝胶具有较高的离子电导率，且原材料环保、生物可再生和可降解，不会对环境造成压力，生物相容性高。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种超高离子电导率纤维素离子凝胶的制备方法：包括如下步骤：

4、(1)将纤维素纤维、离子液体、无机盐混合，在加热条件下溶解制备纤维素溶液；

5、(2)将纤维素溶液倾倒于模具中，并在室温条件下冷却初步制备纤维素离子凝胶；

6、(3)将纤维素离子凝胶浸泡在水中超声处理，制备高离子电导率的纤维素离子凝胶，所述纤维素离子凝胶的离子电导率≧120ms/cm。

7、本发明选取自然界中广泛分布的天然高分子材料纤维素作为固体基质，并通过引入离子液体和金属盐离子，利用它们与纤维素的协同作用，采用简单的物理方法制备出凝胶，然后经超声处理向体系内补充一定量的水分，开发出一种环保、高生物相容性且具有极高离子电导率的纤维素离子凝胶。具体作用机理如图1所示。

8、进一步地，步骤(1)所述的纤维素纤维相对于所述离子液体的质量百分比为0.1％～10％。

9、进一步地，步骤(1)所述的离子液体的阴离子为cl离子。

10、进一步地，步骤(1)所述的无机盐为zncl2、cacl2、fecl3、alcl3、mgcl2、cucl2中的一种。

11、进一步地，步骤(1)所述的无机盐相对于所述纤维素纤维的质量百分比为1％～100％。

12、进一步地，步骤(2)所述冷却的时间为4h～24h。

13、进一步地，步骤(3)所述超声处理的功率为200w，时间为10s～1000s。

14、本发明还提供了由所述制备方法得到的超高离子电导率纤维素离子凝胶。

15、本发明的有益效果在于：

16、(1)本发明利用具有来源广泛，含量丰富且具有可再生、可降解等优点的纤维素作为固体基质，对促进纤维素的高值化应用具有重大意义。

17、(2)超高离子电导率纤维素离子凝胶通过简单的物理方法即可制备，操作简单，可控，制备过程环保、无毒害，为大规模工业生产打下基础。

18、(3)本发明制备的一种超高离子电导率纤维素离子凝胶，导电性能突出，生物相容性高，可用于智能穿戴设备以及仿生器件等高性能器件的设计与开发，为纤维素高值化应用提供了一种极具可行性的思路。

技术特征：

1.一种超高离子电导率纤维素离子凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的纤维素纤维相对于所述离子液体的质量百分比为0.1％～10％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的离子液体的阴离子为cl离子。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的无机盐为zncl2、cacl2、fecl3、alcl3、mgcl2、cucl2中的一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的无机盐相对于所述纤维素纤维的质量百分比为1％～100％。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述冷却的时间为4h～24h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述超声处理的功率为200w，时间为10s～1000s。

8.如权利要求1-7中任意一项所述制备方法得到的超高离子电导率纤维素离子凝胶。

技术总结本发明公开了一种超高离子电导率纤维素离子凝胶及其制备方法。将纤维素纤维、离子液体、无机盐混合，在加热条件下离子液体破坏纤维素分子间氢键，使纤维素纤维溶解，无机盐在体系内电离溶解，制备出纤维素溶液。再将纤维素溶液倾倒于模具中，并在室温条件下冷却，在吸收的自然水的作用下纤维素分子间的氢键重筑，金属盐电离出的金属离子通过与纤维素分子链间的配位作用调控支撑网络，电离出的氯离子起到补充体系传输离子的作用，多重因素共同作用下初步制备纤维素离子凝胶，最后将纤维素离子凝胶浸泡在水中超声处理，向体系内引入更多的水，利用水对体系内离子的影响大幅提升离子传输效率，制备高离子电导率的纤维素离子凝胶。本发明制备工艺简单，原料来源广泛，制备的超高离子电导率纤维素离子凝胶性能优异，应用前景广阔。技术研发人员：李建国,承斌斌,陈礼辉,黄六莲受保护的技术使用者：福建农林大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20