纤维素纳米纤丝气凝胶制备及其对亚甲基蓝的吸附性能

针对印染废水中的亚甲基蓝(MB)吸附问题,以水稻秸秆纤维素纳米纤丝(CNF)悬浮液为原料,通过冻融凝胶、叔丁醇溶剂置换、液氮冷冻干燥制得CNF气凝胶,对其形态结构进行表征,并研究其对MB的吸附性能;考察了吸附剂用量、溶液pH值的影响,并利用吸附动力学和吸附等温线模型对吸附机制进行探讨分析。结果表明:叔丁醇冷冻干燥得到的CNF气凝胶内分布着大量由直径6~26nm的蛛丝状纤丝构成的三维网络结构,其比表面积为52.25m^2/g,平均孔径为28.82nm,是多孔材料;准二级动力学模型和Freundlich吸附等温线模型能更好地描述CNF气凝胶对MB的吸附过程,计算得到理论最大吸附量为196.08mg/g。

疏水性纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能研究

以TEMPO氧化纤维素纳米纤丝为原料,甲基三甲氧基硅烷为改性剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用溶胶凝胶法与冷冻干燥法制备出疏水纤维素纳米纤丝气凝胶。在通过对反应条件的探讨后发现,当温度为55℃,pH值=8,改性剂添加量为3 mL,反应时间在5 h以上时可以得到低密度(<0.03 g/cm3)、高孔隙率(>98%)的气凝胶,其接触角可达130°,吸油量达到气凝胶本身质量的18倍。

磁性疏水性纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能研究

以TEMPO氧化法制备的纤维素纳米纤丝(CNF)为原料制备CNF气凝胶,随后采用Fe_(3)O_(4)纳米粒子和十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对其进行改性制得磁性疏水性CNF气凝胶,并对其疏水性能、磁性、吸附性及其他各项性能进行表征。结果表明,交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)可提高CNF之间的结合强度,使气凝胶结构更加稳定、不易被破坏。制备得到的气凝胶密度和孔隙率分别为0.015 g/cm^(3)和99.02%,其水接触角可达133°,表现出优异的超疏水性,吸附倍率最高可达145 g/g(机油);同时,添加Fe_(3)O_(4)纳米粒子使气凝胶具备较好的磁响应性能,有利于气凝胶的后期回收。

球形纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能表征

以桉木纸浆为原料,制备了不同纤维素质量分数(1%、1.5%、2%和2.5%)的球形纤维素纳米纤丝(CNF)气凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、全自动比表面积与孔隙度分析(BET)仪、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)仪、组合型多功能水平X射线衍射(XRD)仪和热重分析(TG)仪等技术对制备的CNF气凝胶的进行表征。结果显示:制备的CNF气凝胶为球状,是一种具有三维网络结构的介孔材料,其密度为0.024 8～0.042 7 g/cm3,孔隙率≥97.33%,孔径≤19.4 nm。该气凝胶材料具有纳米纤维素的红外特征峰,其晶型结构仍然为纤维素Ⅰ型结构,且拥有良好的热稳定性,当CNF质量分数为2%时,气凝胶的最大失重速率温度(Tmax)为306.52℃。伴随着CNF质量分数的增加,CNF气凝胶的密度、孔隙率逐渐减小,孔体积、BET比表面积先增大后减小,孔径先减小后增大。

ZIF-67/氧化纳米纤维素衍生碳气凝胶的制备及其电化学性能研究

为获得具有优异电化学性能的三维网络结构碳气凝胶,以TEMPO-氧化纳米纤维素(TEMPO-oxidized nanocellulose,TOCNF)为基体,加入ZIF-67混合均匀后,通过定向冷冻干燥和一步碳化法制备ZIF-67/TOCNF衍生的氧化钴/碳(CoO/C)气凝胶。扫描电子显微镜观察发现,CoO/C气凝胶能够维持碳化前ZIF-67/TOCNF的原始结构,并且由ZIF-67衍生的CoO可均匀负载在碳骨架结构中,提供更多的反应位点;XRD测试结果表明ZIF-67/TOCNF气凝胶显示了接近纯ZIF-67的典型ZIF-67晶体的衍射峰,而归属于TOCNF的衍射峰被抑制。Co是通过ZIF-67的热分解得到的,高温碳化能够得到更好结晶度的Co/C复合材料;拉曼光谱分析表明CoO/C复合材料的石墨化程度较高;电化学测试分析表明CoO/C电极材料的双电层电容与其内部的三维孔结构密切相关,相比于其他碳化温度(500、600、800℃),当碳化温度为700℃时,CoO/C-700气凝胶电极材料具有较优的电化学性能,其比电容可达92 F/g(0.5 A/g),同时表现出较好的倍率性能和循环稳定性。

纤维素纳米纤维PAM基混合凝胶对柔性锌空气电池的性能影响

采用自由基聚合法制备具有良好柔性的聚丙烯酰胺(PAM)基凝胶电解质,作为柔性锌空气电池电解质。探究了不同含量的纤维素纳米纤维(CNF)对PAM基凝胶电解质表面形貌、离子电导率、吸液率、保水率等一系列性能的影响,并将含有不同含量CNF的PAM基凝胶电解质组装成锌空气电池,分别对其进行了电化学阻抗、功率密度、恒流放电、放电倍率、充放电循环等电化学性能测试。结果表明:所制纤维素纳米纤维PAM基混合凝胶电解质(PAMC)(以5%含量CNF的PAMC凝胶电解质为例)具有较高的吸液率(4383%)、保水率(79.00%)和离子电导率(340mS/cm),组装的柔性锌空气电池功率密度为19.03mW/cm^(2),在低电流密度和高电流密度(0.25~11mA/cm^(2))下都有较好的放电性能,且稳定性较好,并可连续充放电23.74h,循环效率为57.5%。

醋酸纤维素/SiO_(2)纳米纤维复合气凝胶的制备及性能研究

以醋酸纤维素(CA)为原料,引入封闭水性异氰酸酯(BIC)与双马来酰亚胺树脂(BMI)双重交联,通过静电纺丝制备得到CA/BMI/BIC纳米纤维;将SiO_(2)纳米纤维作为无机增强相添加至CA/BMI/BIC纳米纤维的分散液中,通过冷冻干燥技术和热处理工艺制备CA/BMI/BIC/SiO_(2)复合气凝胶(CBBSiNFA);探讨了SiO_(2)纳米纤维的添加量对于CBBSiNFA力学性能、隔热性能和阻燃性能的影响。实验结果表明:随着分散液中SiO_(2)纳米纤维添加量的逐渐增加,CBBSiNFA的压缩应力、比强度、导热系数和阻燃性能逐步提高;当SiO_(2)/CA/BMI/BIC纳米纤维的质量比由0.2增加至1.0后,CBBSiNFA在60%应变下的压缩应力由0.53 kPa提高至2.25 kPa,导热系数由29.00 mW/mK增加至31.02 mW/mK,且CBBSiNFA-1.0压缩循环1000次后杨氏模量与最大应力都保持在初始量的97%以上,塑性形变为9.6%;CBBSiNFA具有良好的力学可调控性、弹性、隔热以及阻燃性能。

纳米纤维素基气凝胶电极在超级电容器领域的研究现状

目前,能源开发和环境问题面临诸多挑战,努力开发基于绿色和可持续资源的超级电容器成为研究关注的焦点。电极材料是储能器件储能能力和循环寿命等电化学性能重要的影响因素之一。气凝胶作为一种轻量、高孔隙率的材料,被广泛应用于超级电容器的电极材料。纳米纤维素基气凝胶电极因其优异的电化学性能和可持续性引起了研究人员的兴趣。就纳米纤维素基气凝胶电极在超级电容器领域的研究现状进行了综述并介绍了纳米纤维素基气凝胶电极发展面临的挑战和未来发展的方向。

Ti_(3)C_(2)T_(x)-纳米纤维素复合气凝胶的制备及其电化学性能的研究

将纳米纤维素(CNF)与Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene按不同的质量比制备气凝胶。结果表明:复合气凝胶形成了泡沫状的三维分层结构,MXene的层间距得以扩大,其中丰富的孔道加速了离子的传输,较大的比表面积为电化学反应提供了更多的活性位点。当纳米纤维素/MXene质量比为1∶5时,该N_(1)M_(5)气凝胶电极的电化学性能最佳。N_(1)M_(5)气凝胶电极在0.5A/g时,比电容为208F/g,当电流密度增加至10A/g时,显示出85.1%的高容量保留率。在5A/g下充/放电10000次后,容量保持率高达97.3%,循环性能优异。

氧化石墨烯/蒙脱土协同增强纤维素纳米纤维气凝胶的制备与表征

纳米纤维素基气凝胶因其材料天然可再生的特点受到广泛的关注,但其易燃、机械性能差的缺点使其实际应用受到限制。本文以纳米纤维素为基底,氧化石墨烯(GO)与钠基蒙脱土(Na-MMT)为填料,通过定向冷冻干燥制备了CNF/GO/MMT复合气凝胶。定向冷冻的方法使得复合气凝胶保持了较低的热导率(37.43 mW mK−1),同时与纯CNF气凝胶相比,复合气凝胶的抗压强度提高了6倍(达到669 KPa),阻燃性能也得到了显著的提升。这些测试结果表明通过GO/MMT的加入,成功地提高了复合气凝胶的综合性能,为建筑隔热材料提供了新的选择。

竹基纳米纤维素/CNT-COOH复合气凝胶的制备及光热性能研究

竹子是世界上生长速度最快的植物之一,随着竹产量的增加,加工时产生的竹粉等废弃物也会相应增多。合理利用这些竹废弃物,不仅节约资源,促进绿色、可持续发展,还能提高竹资源利用率。本文采用竹粉为基本原料,通过TEMPO氧化法制备竹纳米纤维素(CNF),利用定向冻结技术与光热材料羧化碳纳米管(CNT-COOH)制备复合气凝胶,并探索其光热性能。其中CCA4(CNT-COOH与CNF质量比=1∶4,葡萄糖醛酸钠质量分数44.4%)表现优秀,其吸光率最高达97.4%,最高蒸发速率达到1.28 kg/(m^(2)·h),其光热转换效率为78.41%。

固化单宁纤维素基气凝胶吸附还原Ag(I)行为研究

以纤维素为原料,在NaOH/尿素/H_(2)O溶解体系中通过交联作用将橡椀单宁固化在纤维素基体上,制得固化橡椀单宁纤维素基气凝胶(VTCA).通过SEM-EDS、FT-IR、XRD等对VTCA进行表征,并研究其对水溶液中Ag(I)的吸附行为.结果表明,VTCA具有明显的三维网格多孔结构,孔隙率达到97.95%,在较宽的pH范围内(1~8)对Ag(I)均保持较高的吸附效率(>75%).吸附过程符合拟二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型,温度升高有利于吸附,最高理论吸附量为147.2mg/g.吸附还原研究机理表明,VTCA主要通过静电吸引和螯合作用将Ag(I)吸附到其表面,并通过单宁结构上的酚羟基将其原位还原为Ag^(0),证明VTCA具有良好的吸附还原性能,能够实现对水体中Ag(I)的回收.

纤维素及纤维素纤维气凝胶的制备及其在油水分离中的应用研究进展

近年来,研究者们制备了各种吸附材料应用于溢油处理,其中气凝胶作为地球上最轻的合成固体,具有超低密度、高孔隙率和高比表面积等优点,在油水分离处理方面得到了广泛关注。纤维素作为一种廉价而丰富的天然聚合物,是制备气凝胶材料的良好原料。本文综述了纤维素气凝胶的制备方法、干燥方法以及疏水改性方法,并对纤维素气凝胶在油水分离领域的应用现状进行分析总结。

超薄透明芳纶纳米纤维气凝胶膜的制备及隔热性能

为实现废弃芳纶高品质资源化利用,结合浸没沉淀相转化和冷冻干燥法,利用废弃芳纶成功制备了柔性、透明且隔热的芳纶纳米纤维(ANFs)超薄气凝胶膜。优化了ANFs气凝胶膜成型工艺,并借助FESEM、BET、FTIR、UV-Vis、TG及FLIR对所制ANFs薄膜的微观形貌、化学结构、透光性及热学性能进行分析。结果表明:ANFs被成功剥离,平均直径为18.32 nm;所制ANFs气凝胶膜成型良好,具有三维网络结构,其比表面积和孔隙率分别达52.73 m^(2)/g和92.43%;ANFs气凝胶膜具有超高的透明性和防紫外性(紫外透过率接近0%),在500~780 nm范围内透过率均大于70%,最高达90.70%;此外,所制ANFs气凝胶膜热稳定性良好,具有优异的隔热性能和柔性,四层薄膜隔热温差达28℃。该超薄透明ANFs气凝胶膜制备工艺简单且成本低,具有透光、防紫外及隔热特性,在防护膜领域具有广阔的应用前景。

罗布麻秆中纤维素提取及其气凝胶的制备

为实现罗布麻秆的高附加值利用,以罗布麻秆为原料,选用硝酸/乙醇法提取纤维素,通过单因素试验和正交试验优化的提取工艺为:温度85℃、时间1.5 h和固液比1∶25,提取的纤维素纯度可达98.61%。采用TEMPO氧化与超声处理相结合,制备纳米纤维素;再以其为骨架,加入聚乙烯醇和钠基蒙脱土制备纤维素复合气凝胶(NMPC)。结果表明:与纤维素气凝胶(PC)相比,NMPC对亚甲基蓝(MB)的吸附量最高达265.84 mg/g。当应变为60%时,NMPC的应力是PC的2倍。钠基蒙脱土的加入改善了气凝胶的结构,不仅提高了气凝胶的吸附性能,还提升了其压缩力学性能。

纤维素复合气凝胶的制备及保温隔热性能研究

利用化学交联和冷冻干燥技术制备了绿色环保的羧甲基纤维素钠(CMC)/明胶(GL)-戊二醛(GA)复合气凝胶(CL-A);研究不同比例的羧甲基纤维素钠(CMC)、明胶(GL)和不同含量的戊二醛(GA)对气凝胶微观结构、热稳定性、力学强度以及保温隔热等性能的影响。实验结果表明,羧甲基纤维素钠(CMC)与明胶(GL)比例为1:2且戊二醛(GA)添加量为15%时的复合气凝胶(C1L2-A15)的压缩强度高达3.03 MPa,较纯羧甲基纤维素钠(CMC)气凝胶增长了7倍左右;热导率低至0.022 W/(m·k),保温效果较好;多孔的三维网络更加致密,改善了复合气凝胶的形貌结构;复合气凝胶的残炭量高达37%,一定程度上提高了热稳定性。

包载型聚丙烯腈/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维制备及其隔热性能

针对传统气凝胶纤维后处理操作复杂、加工不稳定等问题,且为有效集成纳米气凝胶与纳米纤维功能和结构优势,本文围绕新型气凝胶复合纳米纤维成形与结构调控的关键难题,利用溶液喷射同轴纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)与SiO_(2)气凝胶通过一步法制备PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维,研究了复合纳米纤维中SiO_(2)气凝胶质量浓度对纤维形态结构、稳定性、孔径分布、隔热性能的影响。结果表明:所制备的PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维形态结构上呈三维卷曲状,SiO_(2)气凝胶的引入使纤维表面形成多孔褶皱型结构,且纤维表面的微孔、介孔含量随SiO_(2)气凝胶质量浓度的增加逐渐增多;该气凝胶复合纳米纤维具有优异的隔热性能,当SiO_(2)气凝胶质量浓度为6 mg/mL时,PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维在40℃的导热系数低至0.03738 W/(m·K),未来在服用保暖、工业隔热、军用热红外屏蔽等方面具有广阔的应用前景。

碳纳米管质量分数对纳米芳纶复合气凝胶纤维电磁屏蔽性能的影响

为了研究碳纳米管(CNTs)的质量分数对纳米芳纶(ANF)复合气凝胶纤维的电磁屏蔽性能的影响。将CNTs与ANF分散在通过二甲基亚砜(DMSO)中,改变CNTs与ANF的比例。对复合气凝胶纤维的力学性能、导电性能、微观形貌、 X射线光电子能谱、红外光谱、热失重等性能进行测试,确定实验范围内的CNTs的最佳参数。结果表明:当CNTs在分散液中的质量分数达到25%时,复合气凝胶纤维的电磁屏蔽效能达到-18 dB。CNTs/ANF复合气凝胶纤维可以屏蔽80%的电磁波,满足工业要求。

羧甲基纤维素/κ-卡拉胶/MIL-53复合气凝胶对水体中环丙沙星的吸附去除

环丙沙星(CIP)是一种常见氟喹诺酮类抗生素,已广泛应用于人类和动物抗感染类疾病的治疗和预防,但其大部分以原药或代谢产物的形式流入水体环境中,研究CIP的高效去除技术对保障生态环境和人类健康具有重要意义.本研究分别利用羧甲基纤维素(CMC)和CMC/κ-卡拉胶(κ-CG)气凝胶为载体,原位负载一种常见金属有机框架材料MIL-53,制备CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶,并研究复合气凝胶对CIP的吸附效果和吸附机理.相比于CMC和CMC/κ-CG气凝胶,CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶不仅吸附量得以提高,其耐碱性及抗盐性均得到有效改善,在pH 4.0—9.0范围内和高盐浓度下对CIP均保持较好的吸附效果.CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对CIP的吸附均为单分子层的化学吸附过程,在中性条件下的理论最大吸附量分别为1.105 mmol·g^(-1)和1.464 mmol·g^(-1).结合表观吸附性能结果和吸附前后的FTIR和XPS光谱特征分析得出,CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对CIP的高效吸附是氢键、静电吸附、π—π电子供体—受体相互作用和络合作用等多重作用的结果.在中性和碱性条件下,Fe^(3+)离子浸出量低于世界卫生组织规定的浓度阈值,较好地解决了原粉末状MIL-53在实际水体中易流失难回收的问题.相比于CMC/MIL-53,CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对水体中CIP具有更佳的吸附去除性能,有着更为优良的应用潜力.

柔韧隔热纤维素基气凝胶制备与性能

纤维素基气凝胶骨架强度差、脆性强,受外力压缩后隔热性能有所下降,不利于实际应用。针对这一问题,通过引入双硅烷偶联剂1,2-二(三甲氧基硅基)乙烷(BTMSE)与纤维素纳米纤维(CNF)形成共价交联网络,借助冷冻干燥技术构筑微米级多孔柔韧的隔热纤维素气凝胶,分析了气凝胶的微观形貌、化学结构,研究了BTMSE加入量与气凝胶力学性能、导热系数之间的关系,探究了力学性能对隔热效果的影响。结果表明:气凝胶呈现典型的蜂窝状孔洞结构,具有98.15%的高孔隙率;共价交联作用使气凝胶能够承受自身500倍的重量而恢复原状,在应变为50%的情况下循环压缩200次后,应变损失仅为9.7%左右;由于低密度、交联网络和多孔结构的存在,气凝胶导热系数低至31.90 mW/(m·K);在60%压缩应变后导热系数增加量不超过1%。该改性气凝胶有望用于恶劣环境下的隔热保暖。