柔性高比表静电纺碳纳米纤维制备及其吸附VOCs性能研究

碳纳米纤维的直径小,比表面积大,是一种高效的气体吸附材料。但是,碳纳米纤维通常需要经过过程复杂、成本较高并且环境影响大的活化热处理工艺来提高其多孔特性。本研究以聚酰胺酸(PAA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为原料,通过共混静电纺丝和热亚胺化获得聚酰亚胺(PI)纳米纤维,再经一步炭化法制备高比表面积的柔性碳纳米纤维,并系统分析碳化条件对柔性PI/PMMA基碳纳米纤维的形貌特征、物理化学性质和VOCs吸附性能的影响规律。结果表明:1000℃碳化条件下制备的PI/PMMA基碳纳米纤维具有最大的比表面积(1047.5 m^(2)·g^(-1))和孔容(0.61 cm^(3)·g^(-1))。吸/脱附动力学实验表明,PI/PMMA基碳纳米纤维比表面积和微孔体积的增大显著加快了吸/脱附过程中甲苯的传质速率。静态吸附实验表明,PI/PMMA基碳纳米纤维在25℃下对甲苯的吸附容量高达6.25 mmol·g^(-1),吸附等温线较符合Langmuir模型,对苯、丙酮、三氯甲烷和甲醇等典型挥发性有机化合物(VOCs)同样具有良好的吸附性能,表明其是一种潜在的优异的VOCs吸附材料。动态吸附实验显示,PI/PMMA基碳纳米纤维对1137 mg·m^(-3)的甲苯气体的吸附容量高达2.97 mmol·g^(-1),经过五次吸脱附循环,其吸附量仍保持在初始值的91%,表现出优异的循环稳定性。本研究制备的柔性PI/PMMA基碳纳米纤维是一种性能优异的VOCs吸附材料,在低浓度VOCs去除方面具有很大的应用潜力。

常压干燥制备疏水SiO2气凝胶的影响因素分析

常压干燥制备SiO2气凝胶是近年来该领域的研究重点,工艺条件的优化是提高气凝胶性能的关键。以正硅酸乙酯为硅源,甲基三乙氧基硅烷为共前驱体,采用溶胶-凝胶法,结合老化和三甲基氯硅烷-正己烷-无水乙醇混合溶液的二次表面改性,通过常压干燥工艺制备疏水SiO2气凝胶。利用BET,FT-IR,SEM,TEM和接触角测试等手段对气凝胶进行表征,系统研究水解时间、老化时间、老化温度和改性剂用量对气凝胶性质的影响。结果表明:水解16h,凝胶于55℃下老化48h后,在三甲基氯硅烷与正硅酸乙酯的摩尔比为1.56的混合液下改性48h制备的SiO2气凝胶的性能最好,其孔隙率92%,比表面积969m2/g,接触角达157°。

静电纺纳米纤维光催化剂性能增强方法的研究进展

传统的纳米粉体光催化剂在使用过程中极易团聚,易流失,且难以分离回收,存在二次污染风险,光催化作为一种可高效利用太阳能进行污染物降解的高级氧化技术,具有环境友好的特点。首先介绍了单一组分静电纺纳米纤维光催化剂的研究进展及其存在的问题;在此基础上重点综述了增强改性静电纺纳米纤维光催化剂性能的方法,主要包括元素掺杂、表面贵金属负载、半导体复合、染料敏化以及接枝共轭聚合物,归纳总结了各种方法的合成手段、原理、优缺点和改进的方向。最后提出:未来应在开发具有高比表面积、高电子-空穴分离效率的新型光催化材料,以及具有多功能协同作用和高力学强度的新型光催化剂方面继续进行深入研究。

胺基改性二氧化硅气凝胶的制备及对刚果红的吸附性能

超轻多孔二氧化硅气凝胶具有极低密度、超高孔隙率和大比表面积的特点,是优异的吸附剂载体。但是,二氧化硅气凝胶骨架表面以硅羟基为主,对污染物的吸附选择性差、吸附容量低。本研究采用共前驱体的方法制备了胺基改性二氧化硅气凝胶块体材料,系统考察了其对模拟污染物阴离子染料刚果红的吸附性能。结果表明,胺基改性二氧化硅气凝胶对刚果红有优异的吸附性能,在较宽pH(3~9)范围内,吸附容量可达800~900 mg/g,吸附等温线符合Langmiur模型;胺基改性气凝胶对刚果红的吸附速率快,1 h内吸附量可达饱和吸附量的80%以上,吸附动力学符合准二级动力学模型;动态吸附实验也显示胺基改性气凝胶对刚果红具有优异的的吸附穿透容量。故改性二氧化硅气凝胶是一种性能优异的阴离子染料吸附剂。

多孔材料吸附空气中丙酮的研究进展

丙酮气体的无控排放会对生态环境和人体健康造成严重危害。吸附法因具有操作简单、经济环保等优点,是去除丙酮气体的有效方法之一。吸附剂是影响吸附性能的关键,其性能主要取决于其微观结构及表面物化特性。该文综述了现阶段多孔材料用于丙酮吸附研究进展,从吸附剂的种类和吸附机理着手,详细论述了吸附剂的制备及改性对其物化特性的影响,以揭示吸附剂结构及表面化学特性与吸附丙酮性能间的构效关系。结果表明,高浓度(大气体分压)条件下,比表面积和孔体积大小是影响丙酮吸附的主要限制因素;低浓度(小气体分压)条件下,超微孔和表面官能团则对丙酮吸附起主要作用。目前多孔材料在吸附丙酮气体的应用仍面临一定的挑战,提高吸附剂制备效率、开发高性能吸附剂和构建多因素吸附体系是今后研究的重点方向。

新型力学性能增强二氧化硅气凝胶块体隔热材料

作为一种轻质和超高孔隙率的三维纳米多孔材料,二氧化硅气凝胶具有极低的常温导热系数,成为理想的纳米多孔超级隔热材料。然而,二氧化硅气凝胶的力学性能很差,且常压干燥制备的气凝胶整体性较差,这些都极大地限制了二氧化硅气凝胶的实际应用。近年来,通过复合或交联的方法制备得到的新型二氧化硅气凝胶,在一定程度上提高了其整体性、强度和柔韧性,使得二氧化硅气凝胶作为单独的块体材料应用成为可能。本文简要介绍二氧化硅气凝胶的多孔结构、基本性质和隔热原理,并对纤维增强、聚合物交联和其他复合二氧化硅气凝胶作为块体隔热材料的研究现状进行重点综述。最后,总结了该领域存在的关键问题,并提出未来的研究方向。

碳纳米纤维气凝胶的制备及其吸油性能

先用静电纺丝-液相接收技术制备蓬松的聚丙烯腈(PAN)三维纳米纤维,然后将其进行热稳定化处理得到超轻纳米纤维气凝胶(CNFAs)。CNFAs内部是碳纳米纤维交叠形成的开孔网络,发生80%应变后能回弹到原形。用聚二甲基硅氧烷(PDMS)气相沉积疏水化处理后,CNFAs的水接触角增大到145°。研究了静电纺丝纳米纤维的原始堆积密度对CNFAs的体积收缩率、密度、吸油容量以及循环吸附量的影响,结果表明:这种气凝胶的机械性能优异。纳米纤维合适的初始堆积密度为4 mg·mL^(-1),制备出的CNFAs对油类污染物的吸附量可达到自重的185倍;用燃烧和挤压方法10次循环回收吸附饱和的CNFAs,其吸附容量仍保持稳定。

KOH活化鱼鳞基生物炭的制备及其对VOCs的高效吸附去除研究

以废弃生物质罗非鱼鱼鳞为原料,用KOH一步炭化活化法制备了鱼鳞基多孔生物炭,并借助XRD、SEM、FTIR及Boehm等方法对所制备生物炭的孔隙结构、形貌特征及表面化学性质进行表征.结果表明:650℃条件下制备的生物炭(FSBC-1)表面含有最多的含氧基团,其中酚羟基含量为0.3102 mmol·g^(-1),而850℃条件下制备的生物炭(FSBC-3)具备最高的比表面积(3370 m^(2)·g^(-1))和孔容(1.91 cm^(3)·g^(-1)).静态吸附实验表明,所制备生物炭对非极性分子甲苯的吸附过程符合Langmuir模型,而n-layerBET模型能更好地描述材料对极性分子丙酮的吸附.298 K条件下,FSBC-3对3 kPa甲苯的吸附量高达12.75 mmol·g^(-1),对20 kPa丙酮的吸附量达16.74 mmol·g^(-1).动态吸附实验和机理分析表明,对于低浓度VOCs,所制备生物炭对非极性分子甲苯的穿透吸附量可能主要受到材料比表面积及微孔孔容的影响,而对极性分子丙酮的穿透吸附量则可能主要受材料表面酚羟基数量影响.本研究系统地研究了鱼鳞基生物炭的制备及其对两种典型VOC(甲苯和丙酮)的吸附去除性能及机理,可为高效VOCs吸附剂的制备提供参考.