一种改性纤维素纤维的制备方法及其应用

本发明涉及柔性电极材料，尤其涉及一种改性纤维素纤维的制备方法及其应用。背景技术：1、柔性电子是一种新型的电子技术，它利用柔性基底材料制造电子器件，使得电子设备可以具有柔性、弯曲和可穿戴等特性。柔性电子可以在各种曲面上自由展开和收缩，具有轻便、柔软、透明等特点，广泛应用于可穿戴设备、智能手机、电子皮肤、医疗器械等领域。由于柔性基底的存在，柔性电子器件可以在多种形变状态下工作，如弯曲、拉伸和压缩等，而不会影响其功能，这使得柔性电子能够适应复杂的变化环境，具备出色的机械可靠性和稳定性。然而，要实现低成本、轻便、环保的柔性储能设备仍然面临相当大的挑战。在柔性储能设备的发展中，研究和开发柔性电极材料变得尤为重要。2、纸基柔性电极材料是一种应用于柔性储能设备中的重要材料。它采用可再生、可降解的纤维素纤维作为基础原料，并通过复合制备过程与导电聚合物、金属氧化物、碳材料等储能功能物质结合，形成具有灵活性和可塑性的电极材料。这种材料不仅具有低成本、环境友好等优点，还有助于实现柔性储能设备在能量高效储存方面的目标。纸基柔性电极材料的研究和开发对推动柔性电子技术的发展具有重要意义，可以广泛应用于可穿戴设备、智能电子产品等领域。3、然而，纸基柔性电极材料的能量密度受限于纤维素纤维本身的电绝缘性，导电性相对较低。为了解决这一问题，人们将纤维素纤维与导电聚合物、碳材料和金属纳米颗粒结合在一起，以改善其电化学性能。导电聚合物与纤维素纤维进行复合可以结合两者的优点，既保留了导电聚合物的导电性能，又增加了纤维素纤维的机械性能和环境友好性。这种复合材料在柔性电子产品、生物医学材料、环境传感器等领域具有广阔的应用前景。因此受到越来越多的关注。在实现柔性电极材料的大规模制备方面，这种复合材料具有巨大的潜力。与其他导电聚合物相比，聚苯胺因其易于合成、理论电容高和掺杂策略多样等优点，与纤维素纤维结合制备复合材料作为超级电容器的电极材料受到广泛关注。在之前的研究中，聚苯胺已被用于改善纸基柔性电极的电化学性能。然而，由于苯胺的疏水性与纤维素纤维的亲水性之间的矛盾导致聚苯胺与纤维素纤维的亲和力较弱，在聚合过程中很难获得较高的聚苯胺质量负荷，并且极易发生团聚现象，这使得获得高性能柔性电极材料具有挑战性。4、因此，当前亟需提出一种工艺简单、原料易得的改性纤维素纤维，可用于大规模工业生产的铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料的制备，以解决上述问题。技术实现思路1、本发明提出了一种改性纤维素纤维的制备方法，用于解决苯胺的疏水性与纤维素纤维的亲水性之间的矛盾导致很难获得较高的聚苯胺质量负荷，并且极易发生团聚，进而导致聚苯胺纸基柔性电极材料普遍都存在比电容较低，制备过程复杂，不适合大规模工业化生产的问题。2、为了解决上述问题，本发明提供了一种改性纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：3、s1、将一定量纤维素纤维分散在硫酸铜溶液中进行磁力搅拌一段时间，使得铜离子与纤维界面充分结合；4、s2、加入一定量的单宁酸，将溶液调节至弱碱性并加热保持一定时间，过滤洗涤得到铜基配位聚合物改性后的纤维素纤维。5、在本发明的一个优选实施方式中，纤维素纤维用量为0.5g，硫酸铜溶液为1750mg五水硫酸铜溶解在50ml的去离子水中制备而得，单宁酸用量为54mg。6、以上为各原料的用量与比值，大规模生产时，可依照上述比例扩大原料用量。7、进一步地，s2中将溶液调节至弱碱性的方法为：逐滴滴加氢氧化钠溶液，将溶液调节至ph为7.3-7.5。8、进一步地，s1中磁力搅拌时间为1h，s2中加热温度为50℃，加热时间为2h。9、根据上述方法制得的改性纤维素纤维，可应用于制备铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料。10、进一步地，铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料的制备方法为：将s2中获得的改性后的纤维素纤维加入一定量的磺基水杨酸溶液与苯胺单体，置于冰水浴中，机械搅拌一定时间后，逐滴加入过硫酸铵溶液引发聚合；聚合一定时间后，将产物过滤、洗涤、干燥后，得到铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料。11、进一步地，铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料的具体制备方法为：12、将获得的铜基配位聚合物改性后的纤维素纤维分散到0.2mol/l磺基水杨酸水溶液中，置于冰水浴中，并添加0.25ml苯胺单体，机械搅拌30min以获得均匀悬浮液；13、然后，将4.027mmol的过硫酸铵溶液(过硫酸铵与苯胺的摩尔比为3:2)和10ml去离子水滴加到悬浮液中以引发苯胺单体在纤维素纤维上的聚合；14、反应在冰浴中连续搅拌12小时，15、将翠绿色悬浮液通过200目尼龙过滤袋过滤，并用流动水冲洗直至滤液无色以除去不稳定黏附的聚苯胺；16、通过直径5cm，孔径0.45μm的聚丙烯滤膜真空抽滤成型，然后将样品在0.4mpa下压榨8min并在105℃下干燥10分钟获得铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料。17、实施本发明，具有如下有益效果：18、本发明工艺简单高效，原料丰富易得，适合大规模工业化生产；19、所用原料均为可降解的有机物，其中纤维素是全球储量最丰富的可再生资源，为低成本、高比电容特性的柔性储能材料提供了新技术，对于绿色高效的柔性储能材料开发具有重要而深远的意义；20、利用本发明制备方法得到的铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料具有低成本、高比电容等特性。技术特征：1.一种改性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的改性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述纤维素纤维用量为0.5g，所述硫酸铜溶液为1750mg五水硫酸铜溶解在50ml的去离子水中制备而得，所述单宁酸用量为54mg。3.根据权利要求2所述的改性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述s2中将溶液调节至弱碱性的方法为：逐滴滴加氢氧化钠溶液，将溶液调节至ph为7.3-7.5。4.根据权利要求3所述的改性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述s1中磁力搅拌时间为1h，s2中加热温度为50℃，加热时间为2h。5.根据权利要求1-4任意一项所述的改性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述改性纤维素纤维应用于制备铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料。6.根据权利要求5所述的改性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料的制备方法为：将s2中获得的改性后的纤维素纤维加入一定量的磺基水杨酸溶液与苯胺单体，置于冰水浴中，机械搅拌一定时间后，逐滴加入过硫酸铵溶液引发聚合；聚合一定时间后，将产物过滤、洗涤、干燥后，得到铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料。7.根据权利要求6所述的改性纤维素纤维的制备方法，其特征在于，所述铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料的具体制备方法为：技术总结本发明公开了一种改性纤维素纤维的制备方法，包括以下步骤：将一定量纤维素纤维分散在硫酸铜溶液中进行磁力搅拌一段时间，使得铜离子与纤维界面充分结合；加入一定量的单宁酸，将溶液调节至弱碱性并加热保持一定时间，过滤洗涤得到铜基配位聚合物改性后的纤维素纤维。本发明制备得到的改性纤维素纤维应用于制备铜基配位聚合物介导聚苯胺高质量负载纤维素纤维纸基柔性电极材料中，得到的柔性电极材料具有低成本、高比电容等特性，解决了苯胺的疏水性与纤维素纤维的亲水性之间的矛盾导致很难获得较高的聚苯胺质量负荷，并且极易发生团聚，进而导致聚苯胺纸基柔性电极材料普遍都存在比电容较低，制备过程复杂，不适合大规模工业化生产的问题。技术研发人员：常紫阳,郑硕,陈建斌,黄良宇,郭大亮,沙力争,赵会芳受保护的技术使用者：浙江科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/15