木材气凝胶过滤膜的制备及其处理含铜废水效果

随着经济发展,重金属污染对生态环境和人类健康的危害日趋严重,制备工艺简单且可高效吸附重金属的新材料逐渐成为当前研究的热点。本研究以天然巴沙木为基材,在脱除木质素的基础上通过2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)氧化处理制备出了具有三维纳米网络结构的木材气凝胶过滤膜(TDWM),通过TEMPO氧化处理选择性地将纤维素中C 6位的羟基氧化成羧基,利用纤维素分子链间羧基的静电排斥作用将细胞壁分离成微纤丝纳米网络结构,提高木材比表面积的同时,利用细胞壁中产生的纳米孔隙结构,增加Cu^(2+)与细胞壁的接触面积,同时气凝胶过滤膜孔道中丰富的羧基为Cu^(2+)的吸附提供了大量活性位点。实验结果表明,TDWM对Cu^(2+)的最大静态吸附量达到115 mg/g,其吸附反应符合拟二阶动力学模型和Langmuir模型,说明气凝胶过滤膜中的羧基对Cu^(2+)通过化学络合而产生单层吸附;动态过滤结果显示,在1~5 mm的厚度范围内,TDWM的厚度与Cu^(2+)的去除效率呈正相关性,而且随着过滤层数的增加,Cu^(2+)的去除效率也会增大,厚度为5 mm的3层TDWM装置对Cu^(2+)的动态去除率可达98.28%。本研究制备的木材气凝胶过滤膜不仅工艺简单,而且具有优异的Cu^(2+)去除能力,对高效去除污水中的重金属离子显示出较大的应用潜力。

具有纳米结构的木材气凝胶基电极的制备及其电化学性能

超级电容器作为清洁可持续的储能设备,其电化学性能主要由电极材料决定,因此电极材料逐渐成为当前储能领域的研究热点。木材因其天然的多尺度微/纳米孔隙结构以及可再生、可生物降解等特点,逐渐被用于电极材料的研究。以巴沙木为基材,首先采用脱木素联合TEMPO氧化法将木材细胞壁分离具有纳米网络结构的木材气凝胶(TDW),然后将纳米纤维素分散的碳纳米管(CNT)悬浮液通过满细胞法浸渍到木材气凝胶中,冷冻干燥后在导管孔和细胞间隙中形成了连续的碳纳米管导电网络结构,最后进行聚吡咯(PPy)原位聚合,在细胞壁和导管孔中构建成具有纳米导电网络结构的TDW/CNT/PPy复合电极。电化学性能测试显示,由于在TDW的宏观孔隙中导电网络的构建,TDW/CNT/PPy的电化学性能明显优于TDW/PPy电极,而且随着碳纳米管比例的增加而增强,其中,TDW/CNT-2/PPy在1.0 mA/cm^(2)扫描速率下的比电容达到389 F/g、面电容为10.5 F/cm^(2),而且在10 mA/cm^(2)扫描速率下经过10000次循环后的电容保持率为95.1%。本研究通过在木材中构建连续的导电纳米网络结构,显示出优异的电化学性能,为木质基材在电极材料中的应用提供了一种新的思路。

微纤化竹材定向增强环氧树脂复合材料的制备及性能

为了提高竹材的利用率、充分发挥竹材纤维强度高、韧性好的特点,以竹材为原料制备微纤化竹材,并对环氧树脂进行定向增强,制备成微纤化竹材/环氧树脂复合材料。研究了微纤化竹材含量的变化对复合材料力学性能、尺寸稳定性以及热稳定性的影响。结果表明:当微纤化竹材含量为40wt%时,抗拉强度和模量、抗弯强度和模量最高,分别为160MPa、18.2GPa、137MPa和4.6GPa。同时,其24h吸水率、24h厚度膨胀率和24h宽度膨胀率分别为4.98%,3.16%和1.58%,满足重组竹的使用标准。同时,热重分析也显示复合材料呈现出良好的热稳定性。