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的影响,重点阐述了各种气凝胶对重金属离子、油类和有机染料类物质的吸附性能,最后指出以纤维素和壳聚糖为原材料开发低成本、高吸附性能的气凝胶材料是未来工作的重点。     

再生竹纤维球形介孔气凝胶的表征

为获得均一稳定的纤维素气凝胶,以再生竹纤维为原料,采用滴定悬浮和真空冷冻干燥的方法制备球形纤维素气凝胶。傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)分析结果表明,球形纤维素气凝胶为纤维素II型结构,内部为疏松多孔的网络状结构。球形纤维素气凝胶的比表面积均在240 m2/g以上,且孔径均在15 nm以下,最小密度可达37 mg/cm3,这表明球形纤维素气凝胶具有较高的比表面积、较小的孔径。热重分析(TG)结果表明,纤维素气凝胶大球的最大热失重温度为364.4℃,纤维素气凝胶中球的最大热失重温度为357.3℃,纤维素气凝胶小球的最大热失重温度为354.2℃,而再生竹纤维的最大热失重温度为354.0℃。球形纤维素气凝胶在污水处理、海水除油、重金属离子吸附等领域具有开发价值。     

再生竹纤维球形介孔气凝胶的表征

 为获得均一稳定的纤维素气凝胶,以再生竹纤维为原料,采用滴定悬浮和真空冷冻干燥的方法制备球形纤维素气凝胶。傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X 射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）分析结果表明,球形纤维素气凝胶为纤维素Ⅱ 型结构,内部为疏松多孔的网络状结构。球形纤维素气凝胶的比表面积均在240 m²/g 以上,且孔径均在15 nm 以下,最小密度可达37 mg/cm³,这表明球形纤维素气凝胶具有较高的比表面积、较小的孔径。热重分析（TG）结果表明,纤维素气凝胶大球的最大热失重温度为364.4℃,纤维素气凝胶中球的最大热失重温度为357.3℃,纤维素气凝胶小球的最大热失重温度为354.2℃,而再生竹纤维的最大热失重温度为354.0℃。球形纤维素气凝胶在污水处理、海水除油、重金属离子吸附等领域具有开发价值。     

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。     

新型木质纤维素气凝胶的制备、表征及疏水吸油性能

为制备一种新型的木质纤维素气凝胶,采用化学预处理、溶解再生与冷冻干燥相结合的方法,对废弃的麦秸杆进行提纯、溶解、置换和干燥,并采用绿色、无毒、低廉的氢氧化钠/聚乙二醇溶液作为纤维素溶剂。采用扫描电镜(SEM)、BET比表面积分析、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和热重分析仪(TGA),对制备的新型木质纤维素气凝胶的微观形貌、比表面积与孔径分布、晶型结构、化学结构及热稳定性进行表征。结果表明,制备的新型木质纤维素气凝胶具有连续、层叠的三维网状结构,比表面积为99.17 m2/g,总孔容为0.45 cm3/g;纤维素气凝胶的晶型由纤维素I型转变为纤维素II型,结晶度为72.3%,相对于原料提高了23.4%,热稳定性也略微升高;并利用三甲基氯硅烷(TMCS)进行疏水改性,制备出了具有疏水性能的纤维素气凝胶。提供了一种新的制备木质纤维素气凝胶的有效溶剂,且具有高吸附性能、高承重能力、高结晶度的纤维素气凝胶是一种具有较大应用潜力的新型功能材料。     

木质纤维素气凝胶在离子液体中的制备及表征

为制备一种新型的木质基新材料,采用离子液体将木粉溶解,经循环冻融工艺处理结合临界点干燥即得木质纤维素气凝胶。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对制备的木质纤维素气凝胶的微观形貌和结晶特性进行分析表征。结果表明,制备出的木质纤维素气凝胶具有的三维纤丝网状结构,通过冻融循环可以逐渐增强为片状结构,纳米纤丝的网络支架影响了气凝胶的多层级微米-纳米形貌;木质纤维素气凝胶的结晶度随冻融次数的增加呈先增加后减小的变化趋势;并阐释分析了木质纤维素气凝胶的形成机理。     

木质纤维素气凝胶在离子液体中的制备及表征

 为制备一种新型的木质基新材料,采用离子液体将木粉溶解,经循环冻融工艺处理结合临界点干燥即得木质纤维素气凝胶。采用扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X 射线衍射仪（XRD）对制备的木质纤维素气凝胶的微观形貌和结晶特性进行分析表征。结果表明,制备出的木质纤维素气凝胶具有的三维纤丝网状结构,通过冻融循环可以逐渐增强为片状结构,纳米纤丝的网络支架影响了气凝胶的多层级微米-纳米形貌;木质纤维素气凝胶的结晶度随冻融次数的增加呈先增加后减小的变化趋势;并阐释分析了木质纤维素气凝胶的形成机理。     

新型木质纤维素气凝胶的制备、表征及疏水吸油性能

 为制备一种新型的木质纤维素气凝胶,采用化学预处理、溶解再生与冷冻干燥相结合的方法,对废弃的麦秸杆进行提纯、溶解、置换和干燥,并采用绿色、无毒、低廉的氢氧化钠/聚乙二醇溶液作为纤维素溶剂。采用扫描电镜（SEM）、BET 比表面积分析、X 射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和热重分析仪（TGA）,对制备的新型木质纤维素气凝胶的微观形貌、比表面积与孔径分布、晶型结构、化学结构及热稳定性进行表征。结果表明,制备的新型木质纤维素气凝胶具有连续、层叠的三维网状结构,比表面积为99.17 m²/g,总孔容为0.45 cm³/g;纤维素气凝胶的晶型由纤维素I 型转变为纤维素Ⅱ 型,结晶度为72.3%,相对于原料提高了23.4%,热稳定性也略微升高;并利用三甲基氯硅烷（TMCS）进行疏水改性,制备出了具有疏水性能的纤维素气凝胶。提供了一种新的制备木质纤维素气凝胶的有效溶剂,且具有高吸附性能、高承重能力、高结晶度的纤维素气凝胶是一种具有较大应用潜力的新型功能材料。     

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。     

碳气凝胶的制备及结构

以甲醛和间苯二酚溶胶凝胶制备有机气凝胶(OA),将有机气凝胶在半密封的情况下干燥,再在高温下碳化,制备得到碳气凝胶(CA),并分析了有机气凝胶的形成机理.通过红外(IR)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等考察了有机气凝胶到碳气凝胶的结构变化,从具有丰富的官能团结构的有机物,最后碳化得到具有纳米尺度、无序的、连续三维网络结构的碳材料.     

有机气凝胶研究进展(Ⅰ)──有机气凝胶发现、制备与分析

有机气凝胶是一类由高聚物分子构成的多孔非晶凝聚态材料,具有独特的纳米多孔和连续的三维网络结构及极低的密度,高的比表面积和高孔隙率等特点．综述了目前各种有机气凝胶的制备方法,骨架结构、多孔结构和形态等的表征方法以及其结构可裁剪等特性,展望了其在理论研究、催化剂及载体、高效隔热材料、激光约束驱动靶以及作为碳气碳胶前驱体等方面的应用前景．     

有机气凝胶研究进展(Ⅱ) ——有机气凝胶的特性与应用

有机气凝胶及其碳化产物是一种新型，轻质，纳米多孔型非晶凝聚态材料，其成功制备与应用是气凝胶科学发展中的重大进展，由于其许多独特的性能，因而有着极其广泛的应用前景，综述了各种有机气凝胶的制备方法，结构表征，性能及用途，展望了其在不同领域的应用前景。     

二甲基硅油/硅溶胶共前驱体法制备二氧化硅气凝胶微球

由于二氧化硅气凝胶具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低导热系数等特点,引起了人们的广泛关注。但是,其较差的机械性能和较高的制备成本一直限制二氧化硅气凝胶的应用和推广。采用带有活性端基的二甲基硅油和硅溶胶制备共前驱体溶液,以微乳液法和滴定法分别制备了不同尺寸的二氧化硅气凝胶微球,并探究了甲基含量对其性能的影响。实验结果表明,相对于滴定法,微乳液法制备的气凝胶粒径分布范围较宽,在硅溶胶与硅油体积比相同时,两种方法所制备的气凝胶微球具有相近的比表面积、堆积密度及导热系数;滴定法制备的气凝胶随着甲基含量减少,气凝胶微球的比表面积减小,堆积密度增大,接触角减小,导热系数增大,机械强度增大。     

废报纸基纤维素气凝胶的绿色制备及其清理泄漏油污性能

 为制备廉价清洁的吸水吸油性废报纸基纤维素气凝胶（WNCA）,使用1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体（AmImCl）溶解无任何前处理的废报纸,经去离子水、无水乙醇和叔丁醇依次置换即可得纯净的纤维素水凝胶,将其冷冻干燥即可制备柔性的WNCA。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X 射线衍射仪（XRD）对制备的WNCA 的形态特征、结晶特性及结晶度进行表征分析。结果表明,WNCA 具有良好的多孔三维网络交联结构;其晶型结构为纤维素Ⅰ型,结晶度为62.6%,较之所用原料提高了12.8%;该气凝胶能够吸收其自身质量18~20 倍的水和废弃污油,通过简单挤压即可把99.8%的液体除去,具备循环利用性能,同时该气凝胶显示了良好的机械性能且可反弹。该研究所用试剂均绿色环保,为绿色气凝胶的制备提供了科学思路。     

介孔固体新材料氧化硅气凝胶的研究

氧化硅气凝胶是一种低密度、高孔隙率的纳米非晶固态材料,也是一种极具应用前景的介孔固体材料．采用溶胶－凝胶法和超临界干燥技术,制备出品质优良的二氧化硅气凝胶,采用ＸＲＤ、ＴＥＭ、ＢＥＴ等手段对样品的比表面积、孔隙率及力学性质等进行了初步研究．     

海藻纤维素气凝胶：从绿潮到新材料

 系统讨论了绿潮浒苔的独特结构和功能特性,旨在制备纳米纤丝化的海藻纤维素和高比表面积的气凝胶材料,并为浒苔的高价值应用提供新的思路。将绿潮肇事种浒苔化学纯化脱去多糖、蛋白、脂肪后,用圆盘胶磨（20000 r/min,20 min）进行纳米纤丝化,制备出均一直径（大约40 nm）和高长径比的I_α纳米纤丝化纤维素。经由叔丁醇置换和冷冻干燥后可以制备出高比表面积（277 cm²/g）、密度为23 mg/cm³的柔性纳米纤丝化纤维素气凝胶。所有这些结果通过扫描电镜（SEM）、红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）进行分析。在此基础上,采用机械法直接用胶体磨将浒苔原料进行纳米纤丝化,冷冻干燥后制备出全组分的浒苔泡沫材料。     

低密度气凝胶的高温结构变化及其耐温性研究

以正硅酸乙酯为原料,采用二步法制备了密度为30 kg/m³的二氧化硅低密度气凝胶块体材料。将低密度气凝胶分别在100、400、600、700、800、900、1 000 ℃下处理后,使用扫描电子显微镜（SEM）、氮吸附等手段表征高温下低密度气凝胶微观结构变化趋势,并与同等条件下处理的密度为100 kg/m³气凝胶的比表面积进行对比。结果表明：在处理温度超过700 ℃后,低密度气凝胶比表面积出现明显下降,纳米多孔结构出现收缩和坍塌,因此其高温耐受温度为700 ℃。虽然密度为30 kg/m³的二氧化硅气凝胶材料具有更为纤细的网络结构和更高表面活性的纳米组成颗粒,但是由于高温下纳米颗粒反应收缩程度大于纳米颗粒尺寸效应,其表现出与100 kg/m³密度的气凝胶材料相同的耐温性。     

碳气凝胶的制备及其物性研究

气凝胶是一种新型非晶固态材料,有着广泛的应用前景,为此详细论述了有机气凝胶和碳气凝胶的制备工艺;采用高分辨率航向电镜观察气凝胶的纳米显微结构;喇曼光谱测试结果表明碳气凝胶颗粒内部存在有微晶化结构;低温氮吸附法测试结果表明,有机气凝胶和碳气凝胶的比表面积主要由溶液的配比浓度和催化剂的量决定,后者还受碳化温度的影响。