污水处理用气凝胶的研究进展

污水中常见的污染物有重金属离子、油类和染料等,气凝胶以其密度低、孔隙率高、比表面积大等特点,拥有作为新型高效吸附材料的潜力.在污水处理方面具有应用前景的气凝胶材料主要有SiO2气凝胶、石墨烯气凝胶、碳纳米管气凝胶、氮化硼气凝胶、纤维素气凝胶和壳聚糖气凝胶等.本文主要介绍了各种气凝胶制备、改性以及复合工艺对气凝胶吸附性能...     

石墨烯功能化纳米纤维空气净化材料研究进展

面向空气净化的应用需要,开发高效净化材料已成为研究热点之一,而功能化纳米纤维材料在高效空气净化领域展示出巨大的应用前景。石墨烯及其衍生物具有独特的二维结构和稳定的物化性质,有利于提高纳米纤维材料的综合性能。本文阐述采用混纺法、喷涂法、模板辅助法和交联法制备的石墨烯功能化纳米纤维材料间形貌与性能的差异,分析石墨烯的吸附、抑菌、光催化功能在不同空气净化体系中的作用机制,探讨具有多级结构的石墨烯功能化纳米纤维材料在空气净化领域应用的可行性,并指出今后应重点关注如何实现多层次结构的石墨烯功能化纳米纤维材料的可控制备及其孔隙形貌的精准调控,开发具有良好适用性的石墨烯功能化纳米纤维空气净化材料。     

石墨烯气凝胶与传统香精吸附剂的对比

香精与人们的生活有着紧密的联系,具有消毒杀菌、改善环境、使人舒适的作用。香精与热、光、空气或金属污染物反应产生氧化、聚合、脱氢和热重排而导致物理化学性质发生变化,微囊包封固化或吸附剂表面吸附可以解决这些问题。石墨烯气凝胶具有较大的比表面积、柔韧性、热和化学稳定性,是目前被广泛研究的吸附剂。介绍了石墨烯气凝胶的制备方法和吸附机制,与传统吸附剂的香精吸附效果进行了比较,展望了石墨烯气凝胶在香精吸附领域的应用前景。     

石墨烯和碳纳米管对SiO2气凝胶负极材料的改性

为了缓解二氧化硅(SiO_2)负极材料的体积膨胀开裂,改善其电化学性能,通过溶胶-凝胶法制备出三维网状结构的SiO_2气凝胶纳米材料及其石墨烯改性材料(rGO/SiO_2)和碳纳米管改性材料(CNT/SiO_2),研究石墨烯和碳纳米管改性对SiO_2气凝胶负极材料的储锂性能影响.利用X射线衍射分析仪、光电子能谱仪和扫描电子显微镜进行表征.电化学性能研究表明,石墨烯和碳纳米管改性提高了SiO_2气凝胶负极材料的导电性、充放电比容量和库伦效率,其中CNT/SiO_2提升作用更加显著,循环稳定性能最好.因此,在减轻材料体积膨胀和结构开裂、粉化,增加SiO_2气凝胶负极材料的导电性方面,碳纳米管改性优于石墨烯改性.     

气凝胶材料的研究进展

气凝胶材料是一种由纳米粒子或聚合物分子链组成的具备三维纳米结构的多孔材料,具有低密度、高孔隙率、高孔体积和高比表面积等结构特点,显现出优异的光、热、声、电和力学等特性,在航空航天、石油化工、环境保护、建筑保温、能量储存与转化等领域具有广泛的应用价值。迄今为止,气凝胶的种类已由最初的SiO_2气凝胶发展到了具有特定功能的各类新型气凝胶,从而有效拓宽了气凝胶的应用范围。气凝胶材料通常采用溶胶-凝胶、老化、溶剂置换并结合超临界干燥、冷冻干燥或常压干燥等过程制备。气凝胶材料按照组成可以分为单组分气凝胶和多组分气凝胶,其中单组分气凝胶主要包括氧化物气凝胶、碳化物气凝胶、氮化物气凝胶、石墨烯气凝胶(GA)、量子点气凝胶、聚合物基有机气凝胶、生物质基有机及C气凝胶和其他种类气凝胶,而多组分气凝胶由两种及以上单组分气凝胶构成或者由纤维、晶须、纳米管等作为增强体所形成的气凝胶复合材料。本文主要介绍各类单组分及其复合气凝胶材料的制备方法及其在隔热、吸附、催化、储能转化和生物医用等领域的应用,对近年来气凝胶在制备及应用方面所取得的突破性进展进行了综述。同时也指出在基础研究方面亟需通过理论计算和实验研究相结合,实现气凝胶网络结构生长调控、表面组成及化学结构调控和高温组织结构稳定性调控;在功能型气凝胶材料开发方面,通过反应机制深入研究气凝胶材料结构和性能关联,实现高性能的多功能型气凝胶材料突破性进展;在规模化应用方面,寻找成本低廉的前驱体原料和降低气凝胶干燥成本是气凝胶产业化进程长远发展的关键。     

石墨烯基气凝胶的制备及其超电容性能研究

采用氧化石墨烯自组装法制备出氧化石墨烯气凝胶(GOA),并采用高温(1100℃)氢气还原进一步制备石墨烯气凝胶(GA)。采用氮气吸附、FT-IR、元素分析和电化学测试等手段对其进行表征。结果表明:制备的两种气凝胶具有较高的BET比表面积(均约为870 m2·g-1);GOA表面具有丰富的含氧官能团,GA表面氧含量极低;GOA与GA的碳氧摩尔比分别为1.7和69.9;在低电流密度下(0.2 A·g-1),具有高表面官能度的GOA比电容达155.8 F·g-1,而低表面官能度的GA表现出高倍率的超电容性能。     

石墨烯对气体吸附的研究进展

介绍了石墨烯的发现过程以及这种材料独特的网络状孔隙结构、较大的比表面积、较高的表面活性等性质,重点介绍了近年来国内外在石墨烯对气体吸附方面的研究进展,从实验和理论两个方面研究了石墨烯对CO2,NO2,NH3等气体的吸附性能,验证了石墨烯对气体具有较好的吸附作用,将石墨烯作为气敏材料用于气体传感器是未来的发展趋势。     

N杂化石墨烯气凝胶的组成和热导率

通过对苯二胺还原和CO_2超临界干燥制备N杂化石墨烯气凝胶。采用X线光电子能谱仪(XPS)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、N_2吸附仪和热常数分析仪表征样品在1 000℃裂解前后的微观结构、组成和热导率变化。结果表明:裂解后N杂化石墨烯气凝胶孔径增大,石墨烯上的杂化原子部分去除,常压和低压(5 Pa)热导率分别由0.031和0.014 W/(m·K)增大到0.057和0.019 W/(m·K)。裂解后气态热导是N杂化石墨烯气凝胶传热的主要方式。     

石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展

石墨烯具有独特的结构、优异的性能,在诸多领域有广泛的应用.石墨烯层的原子均为表面原子,其表面积非常大,是天然的吸附材料.其易于制备、成本低廉等优势使得石墨烯吸附材料成为水处理研究中的热点.石墨烯及其复合材料已经在重金属、染料、杀虫剂、抗生素、石油等污染物的治理方面得到应用.综述了石墨烯吸附材料的制备方法以及其在污水处理方面的应用.分析了污染物在石墨烯吸附材料上的吸附行为,并讨论了石墨烯与污染物的相互作用.着重关注官能团对石墨烯吸附材料性能的影响,从化学视角提出了设计高效石墨烯吸附剂的思路.     

中国学者研究最轻材料 可制民航降落伞轻如T恤

<正>石墨烯气凝胶是一种神奇材料,重量极轻,可以放在一朵花上。它是世界上已知的最轻固体材料,由浙江大学高超教授率领的一支研究小组研制。高超教授表示使用石墨烯气凝胶制作的降落伞能够在将来的某一天成为民用飞机上的标准安全装置。如果易捷航空和瑞安航空公司在重量方面非常     

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。     

pH响应性纤维素基气凝胶的制备及吸附再生性能

近几年生物质材料的应用越来越广泛,而纤维素基复合材料的研究也已成为研究者们热门研究的课题。本研究通过将纤维素(CE)与海藻酸钠(SA)复合,以环氧氯丙烷(ECH)为交联剂,成功制备具有pH响应性的CE/SA复合气凝胶;扫描电镜(SEM)观察显示该复合气凝胶具有很好的多孔结构,红外光谱(FT-IR)表征表明纤维素和海藻酸钠交联成功;该复合气凝胶对亚甲基蓝(MB)的吸附具有很好的pH响应性;当pH值从3.0增加到9.0时,其对MB的去除率从46.04%增加到98.57%;该复合气凝胶具有很好的吸附再生性能,循环吸附10次,对MB的去除率仍保持在95%以上。综上所述,CE/SA复合气凝胶对水中MB的吸附效果显著,能够应用于水中染料污染物废水处理。     

中空硅球/石墨烯复合材料制备及电化学性能

锂离子电池中硅基负极材料具有极高理论容量和低充放电电压平台,作为代替石墨的最佳负极材料,成为当下研究中热门的锂电池负极材料。设计中空硅球/石墨烯复合材料,H-Si球与氧化石墨烯水热条件下形成三维多孔石墨烯气凝胶内嵌硅球复合物(H-Si/GA),H-Si球与聚二烯丙基二甲基氯化铵(poly dimethyl diallyl ammonium,PDDA)功能化的氧化石墨烯溶剂热条件下静电吸附形成包覆状复合物(H-Si/G)。借助结构表征和电性能测试,硅球与石墨烯紧密包覆状的H-Si/G展示出更佳的电性能。中空硅球由于静电吸附作用嵌入石墨烯纳米片中,石墨烯牢牢固定硅球,构建了稳定的导电通道,缓冲体积膨胀,并保持电极结构稳定。硅球内部的空隙空间为体积膨胀预留足够缓冲空间,缩短了电子和离子传输通道。     

高强度块状C-Al2O3复合气凝胶的制备

采用溶胶-凝胶法和CO2超临界干燥工艺,并经高温热处理过程得到C-Al2O3复合气凝胶。通过N2吸附-脱附实验研究热处理对气凝胶孔结构参数的影响;利用X线衍射技术表征气凝胶在热处理过程中的相结构变化;采用扫描电子显微镜观察气凝胶的微观形貌,并对气凝胶进行强度测试。结果表明:C-Al2O3复合气凝胶具有均匀的三维网络结构,而且成块性好,热处理后C-Al2O3复合气凝胶仍然具有高的比表面积。C-Al2O3复合气凝胶的最高压缩强度可达9.07 MPa,大大提高了气凝胶材料的力学性能。     

疏水型SiO2气凝胶的常压制备及吸附性能研究

以多聚硅E-40为硅源,采用溶胶-凝胶法,通过表面修饰等工艺,在常压条件下制备了高气孔率的疏水性SiO2气凝胶.用扫描电镜、红外光谱1、3C,29Si核磁共振谱以及孔径分布仪,表征测试其结构和吸附特性.研究结果显示,SiO2气凝胶具有纳米多孔结构,且有较好的疏水特性,吸附性能较活性炭纤维和活性炭颗粒更为优越,再吸附容量基本不变,是一种极好的高吸附材料,具有广阔的应用前景.     

国内期刊亮点

<正>石墨烯/炭气凝胶的制备及其结构与性能研究炭气凝胶是具有独特三维网络结构的轻质纳米中孔炭材料,适用于制备超级电容器的电极,但通常采用苯二酚(R)-甲醛(F)为原料制备的炭气凝胶,其微孔含量低,比表面积和电容量不高,限制了它在超级电容器中的应用。若采用石墨烯(GO)与炭气凝胶复合,可在一定程度上有效调控气凝胶的比表面积,但要进一步提高炭气凝胶的比电容,仍存在较大难度。湖南大学材料科学与     

纤维素/壳聚糖复合气凝胶的制备及其对Cu(Ⅱ)吸附的研究

本文以Na OH/Urea/H2O为溶剂,通过溶胶-凝胶和冷冻干燥制备纤维素/壳聚糖复合气凝胶,并研究其对Cu(Ⅱ)的吸附性能。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究复合气凝胶的形貌和结构,结果表明:纤维素和壳聚糖具有较好的相容性,复合气凝胶内部存在大量多孔片层结构。通过吸附动力学和吸附热力学研究,结果表明:复合气凝胶对Cu(Ⅱ)吸附动力学符合拟二级动力学模型,属于化学吸附;吸附等温线符合Langmuir方程,为单分子层吸附,由Langmuir模型拟合复合气凝胶对Cu(Ⅱ)吸附的饱和吸附容量可达到172.12 mg/g。     

超细SnO_2粉体应用于低温气敏材料及其机理探讨(Ⅰ)——不同吸附物种的作用和超细元件的氧溢流模型

将溶胶—凝胶—超临界流体干燥法所制超细ＳｎＯ２粉体应用于气敏材料，可以得到具有较大应用前景的低功耗气敏元件．本工作通过吸附性能和气敏效应的关联，特别是不同吸附物种对ＣＯ气体检测的作用研究，结合溢流现象，提出了超细元件的Ｐｄ－氧溢流模型，解释了超细粉体降低元件工作温度的原因     

聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的电化学性能研究

采用树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯4种气凝胶作为前驱体,经直接碳化后获得了氮掺杂连续的纳米碳.研究了聚苯胺基气凝胶衍生纳米碳的微观形貌结构、元素组成以及电化学性能.结果表明,树枝状聚苯胺,长纤维聚苯胺,树枝状聚苯胺-石墨烯以及长纤维聚苯胺-氮掺杂石墨烯气凝胶衍生的纳米碳具有连续的多级孔结构,其比表面积分别为273.9、487.7、241.4和295.9 m2·g-1,氮的摩尔分数分别高达7.82％、9.62％、7.91％和10.17％,在0.5 A·g-1的电流密度下分别具有高达268、311、280和362 F·g-1的质量比电容,且倍率性能和循环稳定性能优异.     

壳聚糖/氧化石墨烯复合水凝胶的流变学及其pH响应性能研究

利用壳聚糖与氧化石墨烯之间的静电作用力,制备出了具有p H响应的壳聚糖/氧化石墨烯复合水凝胶体系.运用扫描电镜、X射线衍射、紫外可见光谱和红外光谱对复合水凝胶的微观内部结构与形成机理进行了分析探索.结果表明,壳聚糖与氧化石墨烯的最佳用量比为1:6时,能形成十分稳定的凝胶.此外,这种凝胶表现出明显的p H响应特性.当体系p H在4.98时,复合水凝胶具有最高的粘度1060Pa·s,远高于同浓度的单独壳聚糖与氧化石墨烯溶液,但p H改变后,凝胶粘度均会变小.这种复合凝胶体系不仅制备简便,而且具有p H响应性能,可望扩展石墨烯凝胶材料在生物领域中的应用范围.