疏水型气凝胶的制备及应用

气凝胶是一种多孔固体材料,具有高比表面积、高孔隙率、低密度、低热导率和高吸附性等特性,在隔热隔音材料、光学器件和超级电容器等方面具有广泛的应用前景。对气凝胶进行改性可进一步拓展气凝胶的应用性能。疏水改性是近年来气凝胶研究的一个热点方向,可赋予气凝胶对不同液体特殊的亲和性,疏水型气凝胶目前多用于吸附和隔热材料等。疏水改性主要方法有原位法、化学气相沉积法、表面后处理法和冷等离子改进技术等。主要针对气凝胶疏水改性方法及应用进行了介绍。

纯水相体系超声雾化法制备荧光磁性纳米纤维素微球

以水溶性荧光Cd Te量子点和超顺磁性Fe3O4纳米粒子为负载物质,以羧基化纳米纤维素为载体,结合超声雾化冷冻成型、物理包埋和Ca^(2+)的交联固化制备了均一的荧光磁性纳米纤维素(NFCs)微球,制备过程绿色环保。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、光纤光谱仪、激光扫描共聚焦显微镜、振动样品磁强计等对微球的形貌结构、化学组分、荧光(PL)强度和磁性能进行了表征。结果表明,微球为由纳米纤丝互相缠绕形成的多孔球形结构,粒径约5μm。在水溶液中,NFCs表面羧基与Ca^(2+)产生静电交联,在微球内部形成稳定的三维网络结构,而Cd Te量子点和Fe3O4纳米粒子与纤维素分子上的羟基和羧基形成氢键作用,被有效固定在微球的三维网络结构中。负载两种纳米粒子后的微球同时具有超顺磁性和荧光性,且负载前后纳米粒子的晶型和纳米纤维素的分子结构不受影响。此外,微球的三维网络结构限制了量子点之间的聚集,同时球壳保护减少了外界环境对量子点的荧光发射的影响,荧光发射强度高且稳定。

交联型超双疏细菌纤维素复合气凝胶

以细菌纤维素(BC)为原料,以柠檬酸(CA)为交联剂,次磷酸钠(SHP)为酯化交联催化剂,经液氮冷冻和冷冻干燥后得到BC复合气凝胶,熟化后采用低表面能氟硅烷进行化学气相沉积得到氟化BC复合气凝胶。接触角测试表明:交联型复合气凝胶与未交联复合气凝胶相比疏液性能显著提高;当CA添加量达到5%(wt)时,复合气凝胶对水、乙二醇、甘油、蓖麻油和十六烷的接触角均达到150°以上,对水和十六烷的接触角分别达到了164°和151°,实现了超双疏性能,进一步增加CA浓度对接触角无明显影响;扫描电镜(SEM)照片显示CA交联作用改善了BC复合气凝胶的纳/微多级粗糙结构,显著提高了气凝胶的疏液性能。

基于定向冷冻超双疏NFC气凝胶的构筑

以纳米纤维素(NFC)为原料,分别以纯水和水与二甲基亚砜混合溶剂(H_(2)O-DMSO)为分散介质通过定向冷冻的方式使NFC悬浮液凝固,经冷冻干燥和化学气相沉积后得到具有超双疏性能NFC气凝胶。接触角测试分析表明:在一定浓度范围内,NFC气凝胶接触角随着NFC浓度的增加而增加;而以H_(2)O-DMSO为溶剂制备的NFC气凝胶(FNDA-Ds)较同NFC浓度下纯水溶剂制备的样品接触角明显增大,且当NFC浓度为2%(wt)时,包括水、乙二醇、甘油、蓖麻油和十六烷在内的各液体接触角均达150°以上,表明冷冻干燥过程中DMSO的存在优化了气凝胶表面的纳/微多级粗糙结构,显著提升了其疏液性能。