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。

TEMPO氧化体系协同超声波法纤维素纳米纤丝的制备及表征

以水稻秸秆为原料,采用化学处理制得纯化纤维素,再经TEMPO氧化体系协同超声波处理获得纤维素纳米纤丝(CNFs),研究超声波处理时间对CNFs悬浮液稳定性的影响,并对产物的结构和性能进行表征。结果表明,化学处理可有效脱去水稻秸秆中的木质素、半纤维等;以450 W功率对TEMPO氧化纤维素超声处理30 min,可制得稳定性较好、平均直径为16. 11 nm的丝状CNFs;其内部晶体结构仍保持纤维素I型,结晶度为52. 63%,最大热解峰值为330℃。

纤维素纳米纤丝复合气凝胶的制备与性能研究

以高长径比的纤维素纳米纤丝(CNF)与片层结构的氧化石墨(GO)为原料,采用乙二胺还原和液氮梯度冷冻干燥制备纤维素纳米纤丝/石墨烯(CNF/rGO)复合气凝胶,并通过红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、比表面积(BET)、电化学测试仪等对其进行性能表征。结果表明,所制备的CNF/rGO复合气凝胶具有完整的三维网络结构,当CNF和GO质量比为10∶1时,复合气凝胶的平均孔径为13nm,比表面积为110.2m^(2)/g,在电流密度为1A/g下获得的质量比电容约为156F/g。

氧化纳米纤维素纤丝/聚乳酸复合膜制备及其性能研究

纳米纤维素纤丝(CNF)具有生物质及纳米材料的双重特性,在聚乳酸(PLA)基体中添加CNF,可以提高复合膜的力学性能和水蒸气阻隔性能,在食品包装中具有广阔应用前景。本研究采用高碘酸钠氧化纳米纤维素纤丝制得氧化纳米纤维素纤丝(OCNF),采用溶液浇注方法制备了不同OCNF及CNF添加量的复合膜,测试薄膜的力学性能和阻隔性能,同时分析薄膜红外光谱及微观形态。结果表明:当OCNF含量为4.0wt%时,OCNF/PLA复合膜的拉伸强度为62.2MPa,弹性模量为4.52GPa,断裂伸长率为14.5%;与CNF/PLA复合膜相比,分别增加了19.4%、9.7%、13.5%。通过红外光谱和微观形态分析,氧化改性后的OCNF与基体PLA发生了一定的交联,且OCNF具有更多的分丝和物理"交联",提高了复合膜的力学性能和水蒸气阻隔性能。

TEMPO氧化法制备五节芒纤维素纳米纤丝及其悬浮液稳定性和流变行为表征

五节芒Miscanthus floridulus的纤维素含量高。为高效利用五节芒,采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化处理五节芒纤维素,再通过高压均质制备了五节芒纤维素纳米纤丝(CNF)。透射电镜(TEM)观察发现,五节芒纤维素纳米纤丝为纤维状结构,直径为(10.0±2.3)nm,长度在微米级,表面羧基质量摩尔浓度为1.98mmol·g-1;Zeta电位结果表明:五节芒纤维素纳米纤丝悬浮液具有极好的储存稳定性。稳态流变测试表明:纤维素纳米纤丝悬浮液随着固含量提高,黏度升高,剪切变稀行为增强;动态流变测试表明,由于五节芒纤维素纳米纤丝的高长径比,其悬浮液在固含量为0.56%时,即表现出明显的凝胶行为;Cox-Merz规则在纤维素纳米纤丝固含量较低时适用,而当纤维素纳米纤丝固含量为0.56%时不适用。

橡胶木纤维素纳米纤丝/二氧化锰/碳纳米管柔性电极材料的制备及表征

以橡胶木为原料,通过化学处理得到橡胶木纯化纤维素(PCF),在此基础上通过高速剪切结合超声波处理制备得到纤维素纳米纤丝(CNF)。通过单相合成法制备二氧化锰(MnO2)纳米片。以CNF为结构支撑体,MnO2纳米片和碳纳米管(CNTs)作为活性电极物质,通过真空抽滤的方式制备CNF/MnO2/CNTs柔性电极材料。采用多种手段对CNF、MnO2以及电极材料的结构性能进行表征,并测试了电极材料的电化学性能。结构性能表征结果表明:CNF的直径为3~10 nm,具有大的长径比,是很好的结构支撑体,CNF为纤维素Ⅰ型结构;MnO2纳米片为片层花瓣状结构,晶型为δ型。电化学性能测试结果表明:在扫描速率为50 mV/s时电极材料的比电容值为78.45 F/g,在电流密度为0.1 A/g时的电极材料比电容值为97.02 F/g,在低频区时,交流阻抗(EIS)曲线的直线部分斜率较大,表明电极材料具有良好的电容特性,在200次充放电循环测试过程中,电极材料的电容保留率始终维持在99%左右,表明该电极材料具有良好的电化学性能并且具有一定的柔性变形能力,可用作超级电容器的电极材料。

亚氯酸钠碱性氧化制备纤维素纳米纤丝的研究

以高温自水解处理后的漂白硫酸盐针叶木浆为原料,采用亚氯酸钠(NaClO2)碱性氧化结合高压均质处理制备纤维素纳米纤丝(CNF)。探讨了氧化时间、NaClO2用量、氧化温度、浆浓对氧化后浆料Zeta电位和NaClO2消耗情况等的影响。结果表明,NaClO2氧化后浆料的Zeta电位显著降低,适宜的氧化条件为:氧化时间6 h,NaClO2用量8%,氧化温度95℃,浆浓10%,该氧化条件下浆料的Zeta电位为-37. 6 mV,较氧化前降低了43%。将上述氧化后的浆料进行高压均质处理,得到CNF产品,对其进行了形态尺寸、黏度、Zeta电位和热失重等分析。结果表明,最优氧化条件下得到的纸浆在80 MPa下均质70次,得到尺寸分布良好的CNF产品,其直径主要分布在20~60 nm之间,长径比大于100,CNF胶体的Zeta电位为-42. 3 mV,具有良好的稳定性。

三联吡啶锌配合物改性氧化纳米纤维素薄膜的溶剂致变色研究

通过制备Zn(Ⅱ)N,N-二甲基-4-[2,2′:6′,2″-三联吡啶]-4′-基苯胺(简称三联吡啶锌配合物),并将其用于配位键改性TEMPO-氧化纤维素纳米纤丝,得到具有荧光性能的改性纤维素纳米纤丝,抽滤得到三联吡啶锌配合物改性纳米纤维素薄膜(改性薄膜).借助红外光谱、X射线衍射仪对产物进行结构表征,用紫外吸收光谱、荧光光谱研究其光学性能,通过SEM观察产物的表面形貌.结果表明,三联吡啶锌配合物成功地通过配位键改性氧化纤维素纳米纤丝,并且纳米尺度没有发生变化,所得到的改性薄膜具有良好的溶剂致变色性能,在不同溶剂的刺激下,改性薄膜的荧光光谱会发生明显变化.

毛竹纳米纤丝化纤维素/TiO_2气凝胶的制备及表征

以钛酸四丁酯为原料,纳米纤丝化纤维素(NFC)为模板,制备NFC/Ti O2气凝胶。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积及孔径分析仪对其进行表征。结果表明:NFC/Ti O2气凝胶中NFC保留了其原有的空间网络结构;Ti O2主要以颗粒的形式附着在NFC表面;通过BET分析可知其比表面积为12.55 m2/g,平均孔径为17.07 nm。

TEMPO氧化和高频超声下埃米级厚度纤维素纳米纤丝的制备

通过不同TEMPO氧化体系对商品竹浆进行氧化处理,经高频超声纳米纤丝化后,可以制得长度在数百纳米,宽度小于5.0 nm,厚度仅为几个埃的纤维素纳米纤丝(TEMPO-oxided cellulose nanofibrils,TOCNs).这种纳米带状(nanostrip)的TOCNs是由纤维素片层构成的.本文通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)探究了原料和2组TOCNs样品的形貌变化,利用透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)对2组TOCNs样品的三维尺寸(长、宽、厚)进行测量统计.通过不同氧化体系产物的TOCNs三维尺寸差异,并结合傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)及交叉极化和魔角旋转13C固态核磁共振光谱(CP/MAS 13C-NMR)揭示了不同氧化体系对纤维素Iβ层内氢键及长轴方向的作用机理.

Pickering乳液技术制备纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯电磁屏蔽复合材料

利用纤维素纳米纤丝(CNF)和氧化石墨烯(GO)共稳定的含有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的Pickering乳液法,并经抽滤、还原、热压等工艺制备高性能的纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯(CNF-rGO/PMMA)电磁屏蔽复合材料。通过调节油相中聚合物的质量浓度、水油体积比,从而调控GO在复合材料中的质量分数。研究GO还原方式、质量分数及热压过程对所制备的CNF-rGO/PMMA电磁屏蔽复合材料的形貌结构与性能的影响。CNF-rGO/PMMA电磁屏蔽复合材料中GO经水合肼处理后有效还原为rGO,热压工艺使包裹在PMMA颗粒外的CNF-rGO片层与PMMA颗粒紧密堆积并形成交联的三维导电网络从而具有优异的导电率,在X波段不同频率(8.2~12.4 GHz)下具有良好的电磁屏蔽效能及稳定性,电磁屏蔽效能可达20 dB以上,可用于民用电磁屏蔽材料。

TEMPO氧化纤维素纳米纤丝对多壁碳纳米管分散性的影响

以竹粉为原料,采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化法通过改变NaClO的添加量制备出不同羧基含量及形态的纤维素纳米纤丝(CNFs),并将制备的CNFs作为分散剂对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行分散处理,得到不同分散浓度的CNFs/MWCNTs悬浮液,采用Beer-Lambert定律对MWCNTs的分散量进行测定,并采用原子力显微镜(AFM)、激光粒度分析仪(LPSA)等手段评价了不同羧基含量及形态的CNFs对MWCNTs的分散效果。结果表明:随着NaClO添加量的增加,CNFs的横截面直径逐渐变小,羧基含量逐渐增加,同时,CNFs对MWCNTs的分散量逐渐增大;当CNFs的羧基含量从0.635mmol/g增加到1.646mmol/g时,对MWCNTs的分散量从19%增加到39%;不同CNFs/MWCNTs悬浮液中的粒度分布系数(PDI)值均小于0.3,且不同悬浮液的Zeta电位绝对值均高于30mV,表明不同羧基含量的CNFs均能对MWCNTs有较好的分散效果;同时,随着羧基含量的增加,CNFs对MWCNTs的分散效果越好,CNFs/MWCNTs复合薄膜的抗拉应力逐渐增大,而且电阻率逐渐降低,当CNFs羧基含量为1.646mmol/L时,CNFs/MWCNTs复合薄膜抗拉应力达到了91MPa,薄膜电阻率低至0.1460Ω·cm。

超疏水纸基材料的制备及其性能分析

本研究采用浆内施胶的方法抄纸,用柠檬酸(CA)预处理提高其表面活性,再用纤维素纳米纤丝/二氧化钛(CNF/TiO_(2))悬浮液涂布,以提高纸基材料表面粗糙程度,最后用烷基烯酮二聚体(AKD)乳液浸渍处理以提高纸基材料的憎水性,得到超疏水纸基材料。结果表明,CA预处理显著改善了纸基材料的表面活性,使纸基材料具有更高的TiO_(2)保留率,使其更易达到超疏水纸基材料所需的表面粗糙度。制备的超疏水纸基材料表面接触角达153.8°,达到超疏水要求,且具有良好的自清洁能力。