本發(fā)明涉及一種對植物提取物親水性魔芋膠物化性能修飾從而實現(xiàn)其疏水性的制備方法，具體涉及一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法。

背景技術(shù)：

氣凝膠是一種具有納米結(jié)構(gòu)的多孔材料，其孔隙率高達90%以上，密度最低可至0.001g/cm3，是目前世界上最輕的固體材料之一。它明顯不同于孔洞結(jié)構(gòu)在微米和毫米級的多孔材料，具有極大的比表面積。這種獨特的結(jié)構(gòu)賦予其許多優(yōu)良的性能，在許多領域有著廣泛的應用前景。

魔芋膠是從各種魔芋植物的塊莖里提取出來的水凝膠狀多糖，屬于高分子量、非離子型，主要由甘露糖和葡萄糖組成。魔芋膠的用途非常廣泛，在食品、醫(yī)藥、石油工業(yè)和生物工程上得到廣泛的使用。魔芋膠氣凝膠是近年發(fā)展起來的一類新型氣凝膠材料，兼具綠色可再生的纖維素材料和多孔氣凝膠材料兩者的優(yōu)點，成為纖維素材料研究與應用中的一個熱點。

由于魔芋膠本身現(xiàn)有的親水性特質(zhì)使得其在水溶性環(huán)境下具有良好應用，但同時也限制了魔芋膠在其他領域的拓展及應用。本發(fā)明針對以上缺點，合理設計出一種具有超疏水性能的魔芋膠氣凝膠，利用濕化學法通過高分子的水解縮聚將疏水物質(zhì)修飾在氣凝膠表面，使其在自清潔、超疏水、油水分離等領域具有廣泛應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法，解決魔芋膠氣凝膠疏水性差的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）魔芋膠氣凝膠的制備：以碳酸氫鈉和去離子水混合均勻作為魔芋膠溶劑體系，將魔芋膠加入所述魔芋膠溶劑體系中并攪拌混合至完全溶解，得到魔芋膠水溶膠，將所述魔芋膠水溶膠倒入模板中，經(jīng)冷凍干燥，得到魔芋膠氣凝膠；

（2）疏水性魔芋膠氣凝膠的制備：取無水乙醇、有機硅烷化合物和去離子水混合均勻，得混合溶液，隨后向所述混合溶液中滴加酸性溶液，調(diào)節(jié)ph值，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在所述混合溶液中并緩慢攪拌，一然后再向所述混合溶液中滴加堿性溶液，調(diào)節(jié)ph值，再緩慢攪拌后將所述魔芋膠氣凝膠取出，并用乙醇、甲醇溶液進行沖洗，去除多余試劑，最后將其置于真空干燥箱中烘干，即得疏水性魔芋膠氣凝膠。

進一步的，步驟（1）中所述碳酸氫鈉為0.1～5wt%，去離子水為60～95wt%。

進一步的，步驟（1）中所述碳酸氫鈉和去離子水的質(zhì)量比為0.24:98~100。

進一步的，步驟（1）中所述魔芋膠和所述魔芋膠溶劑體系的質(zhì)量比為2:100。

進一步的，步驟（1）中所述冷凍干燥的溫度為-80℃，真空度為5～100pa，干燥時間為12h～48h。

進一步的，步驟（2）中所述無水乙醇、有機硅烷化合物和去離子水的質(zhì)量比為100:3:1。

進一步的，步驟（2）中所述有機硅烷化合物為甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三甲氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷或十二烷基三乙氧基硅烷中的任意一種。

進一步的，步驟（2）中所述酸性溶液為鹽酸、硫酸或冰醋酸中的任意一種，調(diào)節(jié)ph值的范圍在1～5之間，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在所述混合溶液中并緩慢攪拌的攪拌時間為60～240min。

進一步的，步驟（2）中所述堿性溶液為氫氧化鈉、氨水或碳酸鈉中的任意一種，調(diào)節(jié)ph值的范圍在7～12之間，再緩慢攪拌的攪拌時間為30～180min。

進一步的，步驟（2）中所述真空干燥的溫度為30～120℃。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

（1）本發(fā)明制備的魔芋膠氣凝膠疏水性好，接觸角在150°以上，達到超疏水平，解決了魔芋膠氣凝膠觸水即融、疏水性差的缺陷，賦予了原料附加值使得魔芋膠氣凝膠產(chǎn)品在自清潔、油水分離、吸附有機污染物等領域具有潛在應用；

（2）本發(fā)明的制備方法簡單，操作安全，原料來源廣泛，成本低廉且環(huán)保綠色，不會給環(huán)境帶來污染。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中，

圖1為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠微觀形貌的電鏡圖；

圖2為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠的靜態(tài)水接觸角示意圖；

圖3為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠的eds能譜圖；

圖4為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠的xps譜圖；

圖5為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例一所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖；

圖6為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例二所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖；

圖7為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例三所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖；

圖8為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例四所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖；

圖9為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例五所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖；

圖10為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例六所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖；

圖11為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠在六個實施例中的靜態(tài)水接觸角示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）魔芋膠氣凝膠的制備；

（2）疏水性魔芋膠氣凝膠的制備。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法，包括：

步驟一：以碳酸氫鈉和去離子水混合均勻作為魔芋膠溶劑體系，將魔芋膠加入所述魔芋膠溶劑體系中并攪拌混合至完全溶解，得到魔芋膠水溶膠，將所述魔芋膠水溶膠倒入模板中，經(jīng)冷凍干燥，得到魔芋膠氣凝膠；

在一個實施例中，該步驟可以具體如下執(zhí)行：以0.1～5wt%的碳酸氫鈉和60～95wt%的去離子水為作為魔芋膠溶劑體系，上述原料按質(zhì)量比為0.24:98~100攪拌混合，混合均勻后，將魔芋膠加入到所述魔芋膠溶劑體系中，所述魔芋膠與魔芋膠溶劑體系的質(zhì)量比為2:100，并攪拌至完全溶解，得到魔芋膠水溶膠，將所述魔芋膠水溶膠倒入模板中，將所述模板置于-80℃的冰箱中冷凍2h，然后在溫度為-45℃、真空度為5～100pa的條件下冷凍干燥12h～48h，即可得到魔芋膠氣凝膠；

步驟二：取無水乙醇、有機硅烷化合物和去離子水混合均勻，得混合溶液，隨后向所述混合溶液中滴加酸性溶液，調(diào)節(jié)ph值，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在所述混合溶液中并緩慢攪拌，一然后再向所述混合溶液中滴加堿性溶液，調(diào)節(jié)ph值，再緩慢攪拌后將所述魔芋膠氣凝膠取出，并用乙醇、甲醇溶液進行沖洗，去除多余試劑，最后將其置于真空干燥箱中烘干，即得疏水性魔芋膠氣凝膠；

在一個實施例中，該步驟可以具體如下執(zhí)行：量取20ml～100ml的無水乙醇，依次向其中滴加0.5ml～10ml的有機硅烷化合物、0.5ml～5ml的去離子水，得到混合溶液，然后向所述混合溶液中滴加酸性溶液，使所述混合溶液的ph值在1～5之間，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在所述混合溶液中并緩慢攪拌60～240min，隨后向混合溶液中滴加堿性溶液，調(diào)節(jié)ph值在7～12之間，并緩慢攪拌30～180min；將所述魔芋膠氣凝膠從混合溶液中取出，并用乙醇、甲醇溶液進行反復沖洗，去除多余試劑，最后將其置于30～120℃溫度的真空干燥箱中烘干，即得到疏水性魔芋膠氣凝膠。

上述步驟所得的疏水性魔芋膠氣凝膠，其性能請參閱圖1-圖2，請參閱圖1，圖1為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠微觀形貌的電鏡圖。如圖1所示，疏水性魔芋膠氣凝膠具有均勻多孔的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

請參閱圖2，圖2為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠的靜態(tài)水接觸角示意圖。如圖2所示，疏水性魔芋膠氣凝膠的接觸角為151°，說明疏水性魔芋膠氣凝膠具有非常好的疏水性能。

請參閱圖3，圖3為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠的eds能譜圖。如圖3所示，eds能譜圖展現(xiàn)出疏水性魔芋膠氣凝膠含有si元素。

請參閱圖4，圖4為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠的xps譜圖。如圖4所示，xps譜圖展現(xiàn)出疏水性魔芋膠氣凝膠在結(jié)合能為103ev處出現(xiàn)明顯的si2p特征峰。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。但是本發(fā)明不限于所列出的實施例，還應包括在本發(fā)明所要求的權(quán)利范圍內(nèi)其他任何公知的改變。

首先，此處所稱的“一個實施例”或“實施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個實施例中”并非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。

其次，本發(fā)明利用結(jié)構(gòu)示意圖等進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，示意圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間。

另外，本發(fā)明中所講的字母簡稱，均為本領域固定簡稱，其中部分字母文解釋如下：eds圖：能譜圖；xps譜圖：x射線光電子能譜分析譜圖。

實施例一

本實施案例按如下步驟展示一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法：

步驟一：魔芋膠氣凝膠的制備

稱取0.24g碳酸氫鈉和100ml去離子水，混合均勻，制得魔芋膠溶劑體系；稱量2g魔芋膠加入到魔芋膠溶劑體系中，攪拌至完全溶解，得到魔芋膠水溶膠，將所述魔芋膠水溶膠倒入模板中，將模板置于-80℃的冰箱中冷凍2h，然后在溫度為-45℃、真空度為5～100pa的條件下冷凍干燥48h，即可得到魔芋膠氣凝膠。

步驟二：疏水性魔芋膠氣凝膠的制備

稱取50ml的無水乙醇、3ml甲基三甲氧基硅烷和1ml去離子水混合均勻，得混合溶液，隨后向混合溶液中滴加0.1mol鹽酸，將ph值調(diào)節(jié)為1，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在混合溶液中并緩慢攪拌，180min后再向溶液中滴加0.1mol的氫氧化鈉溶液，將ph值調(diào)節(jié)為10，再緩慢攪拌120min后將魔芋膠氣凝膠取出，并用乙醇、甲醇溶液進行沖洗，去除多余試劑，最后將其置于60℃的真空干燥箱中烘干，便可得到疏水性魔芋膠氣凝膠。

本實施例所制得的疏水性魔芋膠氣凝膠，其試驗結(jié)果可參閱圖5，圖5為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例一所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖。

實施例二

本實施案例按如下步驟展示一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法：

步驟一：魔芋膠氣凝膠的制備

稱取0.24g碳酸氫鈉和100ml去離子水，混合均勻，制得魔芋膠溶劑體系；稱量2g魔芋膠加入到魔芋膠溶劑體系中，攪拌至完全溶解，得到魔芋膠水溶膠，將所述魔芋膠溶液倒入模板中，將模板置于-80℃的冰箱中冷凍2h，然后在溫度為-45℃、真空度為5～100pa的條件下冷凍干燥48h，即可得到魔芋膠氣凝膠。

步驟二：疏水性魔芋膠氣凝膠的制備

稱取50ml的無水乙醇、3ml甲基三乙氧基硅烷和1ml去離子水混合均勻，得混合溶液，隨后向溶液中滴加0.1mol硫酸，將ph值調(diào)節(jié)為2，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在混合溶液中并緩慢攪拌，150min后再向溶液中滴加碳酸鈉溶液，將ph值調(diào)節(jié)為8，再緩慢攪拌90min后將魔芋膠氣凝膠取出并用乙醇、甲醇溶液進行沖洗，去除多余試劑，最后將其置于80℃的真空干燥箱中烘干，便可得到疏水性魔芋膠氣凝膠。

本實施例所制得的疏水性魔芋膠氣凝膠，其試驗結(jié)果可參閱圖6，圖6為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例二所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖。

實施例三

本實施案例按如下步驟展示一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法：

步驟一：魔芋膠氣凝膠的制備

稱取0.36g碳酸氫鈉和100ml去離子水，混合均勻，制得魔芋膠溶劑體系；稱量3g魔芋膠加入到魔芋膠溶劑體系中，攪拌至完全溶解，得到魔芋膠水溶膠，將所述魔芋膠水溶膠倒入模板中，將模版置于-80℃的冰箱中冷凍4h，然后在溫度為-45℃、真空度為5～100pa的條件下冷凍干燥48h，即可得到魔芋膠氣凝膠。

步驟二：疏水性魔芋膠氣凝膠的制備

稱取50ml的無水乙醇、2ml十六烷基三甲氧基硅烷和1ml去離子水混合均勻，得混合溶液，隨后向溶液中滴加冰醋酸，將ph值調(diào)節(jié)為2，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在混合溶液中并緩慢攪拌，180min后再向溶液中滴加氨水溶液，將ph值調(diào)節(jié)為7，再緩慢攪拌120min后將魔芋膠氣凝膠取出并用乙醇、甲醇溶液進行沖洗，去除多余試劑，最后將其置于100℃的真空干燥箱中烘干，便可得到疏水性魔芋膠氣凝膠。

本實施例所制得的疏水性魔芋膠氣凝膠，其試驗結(jié)果可參閱圖7，圖7為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例三所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖。

實施例四

本實施案例按如下步驟展示一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法：

步驟一：魔芋膠氣凝膠的制備

稱取0.24g碳酸氫鈉和100ml去離子水，混合均勻，制得魔芋膠溶劑體系；稱量2g魔芋膠加入到魔芋膠溶劑體系中，攪拌至完全溶解，得到魔芋膠水溶膠，將所述得到魔芋膠水溶膠倒入模板中，將模板置于-80℃的冰箱中冷凍6h，然后在溫度為-45℃、真空度為5～100pa的條件下冷凍干燥48h，即可得到魔芋膠氣凝膠。

步驟二：疏水性魔芋膠氣凝膠的制備

稱取45ml的無水乙醇、3ml十六烷基三乙氧基硅烷和1ml去離子水混合均勻，得混合溶液，隨后向混合溶液中滴加冰醋酸，將ph值調(diào)節(jié)為2，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在混合溶液中并緩慢攪拌，120min后再向溶液中滴加氨水溶液，將ph值調(diào)節(jié)為8，再緩慢攪拌60min后將魔芋膠氣凝膠取出并用乙醇、甲醇溶液進行沖洗，去除多余試劑，最后將其置于105℃的真空干燥箱中烘干，便可得到疏水性魔芋膠氣凝膠。

本實施例所制得的疏水性魔芋膠氣凝膠，其試驗結(jié)果可參閱圖8，圖8為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例四所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖。

實施例五

本實施案例按如下步驟展示一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法：

步驟一：魔芋膠氣凝膠的制備

稱取0.24g碳酸氫鈉和100ml去離子水，混合均勻；稱量2g魔芋膠加入到混合溶液中，攪拌至完全溶解，得到魔芋膠溶液，將所述魔芋膠溶液倒入模板中，將模版置于-80℃的冰箱中冷凍6h，然后在溫度為-45℃、真空度為5～100pa的條件下冷凍干燥48h，即可得到魔芋膠氣凝膠。

步驟二：疏水性魔芋膠氣凝膠的制備

稱取50ml的無水乙醇、3ml十二烷基三甲氧基硅烷和1ml去離子水混合均勻，隨后向溶液中滴加0.1mol鹽酸，將ph值調(diào)節(jié)為3，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在混合溶液中并緩慢攪拌，120min后再向溶液中滴加0.1mol的氫氧化鈉溶液，將ph值調(diào)節(jié)為7，再緩慢攪拌60min后將魔芋膠氣凝膠取出并用乙醇、甲醇溶液進行沖洗，去除多余試劑，最后將其置于60℃的真空干燥箱中烘干，便可得到疏水性魔芋膠氣凝膠。

本實施例所制得的疏水性魔芋膠氣凝膠，其試驗結(jié)果可參閱圖9，圖9為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例五所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖。

實施例六

本實施案例按如下步驟展示一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法：

步驟一：魔芋膠氣凝膠的制備

稱取0.24g碳酸氫鈉和100ml去離子水，混合均勻，制得魔芋膠溶劑體系；稱量2g魔芋膠加入到魔芋膠溶劑體系中，攪拌至完全溶解，得到魔芋膠水溶膠，將所述魔芋膠水溶膠倒入模板中，將模板置于-80℃的冰箱中冷凍4h，然后在溫度為-45℃、真空度為5～100pa的條件下冷凍干燥48h，即可得到魔芋膠氣凝膠。

步驟二：疏水性魔芋膠氣凝膠的制備

稱取50ml的無水乙醇、3ml十二烷基三乙氧基硅烷和1ml去離子水混合均勻，得混合溶液，隨后向混合溶液中滴加0.1mol硫酸，將ph值調(diào)節(jié)為2，將所述魔芋膠氣凝膠浸泡在混合溶液中并緩慢攪拌，150min后再向溶液中滴加0.1mol的氫氧化鈉溶液，將ph值調(diào)節(jié)為8，再緩慢攪拌90min后將魔芋膠氣凝膠取出并用乙醇、甲醇溶液進行沖洗，去除多余試劑，最后將其置于80℃的真空干燥箱中烘干，便可得到疏水性魔芋膠氣凝膠。

本實施例所制得的疏水性魔芋膠氣凝膠，其試驗結(jié)果可參閱圖10，圖10為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法的實施例六所制備的魔芋膠氣凝膠的掃描電鏡圖和靜態(tài)水接觸角示意圖。

請參閱圖11，圖11為本發(fā)明所述的一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法所制備的魔芋膠氣凝膠在六個實施例中的靜態(tài)水接觸角示意圖。從圖11可知，上述六個實施例中所制得的疏水性魔芋膠氣凝膠的接觸角均在150°以上，達到超疏水平，解決了魔芋膠氣凝膠觸水即融、疏水性差的缺陷。

綜上所述，本發(fā)明公開了一種疏水性魔芋膠氣凝膠的制備方法，先制備魔芋膠氣凝膠，再對魔芋膠氣凝膠進行表面改性便可得到疏水性魔芋膠氣凝膠。該方法制備的魔芋膠氣凝膠疏水性好，制備過程簡單，操作安全，原料來源廣泛，成本低廉且環(huán)保綠色。

應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。