纤维素基气凝胶吸附性能的研究进展

目前,水体污染和气体污染是环境污染中较为突出的2个问题。在解决污染的诸多办法中,吸附法因适应性好、操作简单而备受研究人员的青睐。在诸多吸附材料中,纤维素气凝胶具有高比表面积、高孔隙率、可再生性、良好的生物相容性和可降解性等优良特性,成为吸附分离领域的研究热点。文中着重介绍了纤维素气凝胶吸附重金属离子、油类、染料、有机物、盐类、PM2.5等污染源的机理、改性处理和应用,探讨了纤维素气凝胶应用于吸附分离领域存在的主要问题和面临的挑战,并对其发展前景进行了展望。     

纳米纤维素基气凝胶的制备及其吸附性能研究进展

在可持续发展已成为全球各国共识的今天,合理且高效地研发及利用可再生生物质能源成为国内外各大课题组研究的热点及方向。而纳米纤维素作为典型的生物质可再生材料,将其应用到环境治理领域成为再好不过的选择。同时,以纳米纤维素为基体制备的气凝胶作为第三代气凝胶材料,具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低介电常数和较高的吸附性等性能,在染料吸附、油污吸附、重金属离子吸附、CO 2气体吸附等吸附领域有着广阔的应用前景。综述了纳米纤维素的制备方法、纳米纤维素基气凝胶的制备工艺及其在吸附领域的应用,探讨了纳米纤维素基气凝胶在研发中存在的问题,展望了纳米纤维素基气凝胶在吸附领域的未来发展方向。     

TEMPO氧化纤维素纳米纤维的制备及应用研究进展

介绍了TEMPO氧化纤维素纳米纤维(TEMPO-Oxidized Cellulose Nanofibers,TOCNs)近年来的研究成果,探讨了TOCNs制备方面的研究进展,其中包括TEMPO氧化反应体系的进展,各种纤维原料的研究以及氧化纤维素均质处理过程各影响因素的探讨。将TOCNs的应用研究成果系统归纳为四大类,即复合材料,膜材料,纳米纸及其他应用。评述了其发展概况,并指出了该催化氧化体系存在的问题及今后的发展方向。     

纤维素气凝胶及纤维素-SiO2复合气凝胶的疏水改性

利用NaOH/Thiourea/H2O作为溶剂体系,采用低温冷冻,常温解冻的方法制备了纤维素水凝胶。通过对正硅酸乙酯(TEOS)水解-缩聚反应速率的控制,采用浸泡的方法获得了纤维素-SiO2复合水凝胶。使用冷冻干燥法分别得到了纤维素气凝胶和纤维素-SiO2复合气凝胶。经过冷等离子改性,以CCl4为等离子体,纤维素及其复合气凝胶由亲水型转变为疏水型,水接触角分别为102°,132°。SiO2的复合降低了纤维素气凝胶的亲水性,复合气凝胶的结构有利于疏水改性。本工作得到的疏水型纤维素气凝胶和复合气凝胶材料,为其在更多领域的应用提供了可能性。     

羧甲基纤维素/聚乙烯亚胺气凝胶对Ni(Ⅱ)的吸附性能研究

通过环氧氯乙烷交联羧甲基纤维素钠(SC)和聚乙烯亚胺(PEI)制备含胺基和羧基的多孔气凝胶(PSC),应用于废水中Ni(Ⅱ)的吸附。研究PSC的组成、溶液pH、处理时间和Ni(Ⅱ)初始浓度等因素对吸附的影响。结果表明：SC与PEI质量比为1∶5的PSC在pH=4.0的条件下具有最大吸附容量(>190mg/g);吸附行为符合准二级动力学和Freundlich等温吸附模型;在投料量为1.0g/L条件下,PSC可将实际水体中10mg/L的Ni(Ⅱ)降低至国家污水排放标准以下。X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等分析表明离子交换与Ni(Ⅱ)和羧基及胺基间的络合作用是吸附的主要机理。     

石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶材料的制备及其吸附性能研究

目的以石墨烯量子点为填充材料,纤维素为基体,制备石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶。方法以原生木浆纤维为原料,氯化锌溶液为溶剂来溶解纤维素,以无水硫酸钠为成孔剂,石墨烯量子点为填充材料,经水洗固化、低温冷冻干燥制备纤维素气凝胶复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、吸附实验等研究气凝胶的微观结构和对甲基蓝的吸附性能。结果制备的气凝胶材料具有三维多孔结构,大孔较多,密度低,纤维素气凝胶的密度为0.113 g/cm^3,吸附率为5.85%;复合气凝胶的密度为0.116 g/cm^3,吸附率为11.22%。结论石墨烯量子点的加入改善了纤维素气凝胶对甲基蓝的吸附效果。     

再生纤维素分离膜制备方法研究进展

再生纤维素分离膜具有高度亲水性,良好耐污染性,尤其是在环境中具有生物可降解性,对发展我国膜工业和保护环境都具有重要意义,介绍了近年来国内外再生纤维素分离膜测备过程的研究状况,主要针对制膜过程中采用的溶剂,添加剂,凝胶工艺以及改性方法进行了综述。     

The relation between the moisture vapour permeability and moisture vapour adsorption of regenerated cellulose films

Hydrophilic, regenerated cellulose films are characterized by certain adsorption properties. These investigations were aimed at determining to what extent the moisture content of a film might decide its barrier capacity against water vapour. The experimental materials were an unlacquered regenerated cellulose film and one varnished on both the sides with nitrocellulose lacquer. The investigations allowed us to propose some models that formally describe the adsorption process of water vapour through films at different values of ambient relative humidity. In addition, we determined the functional relation between the water vapour permeability of the films under investigation and their moisture contents and equilibrium ambient relative humidity values. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

氨基功能化纳米纤维素气凝胶的制备及性能

选用3-（2-氨基乙氨基）丙基甲基二甲氧基硅烷（AEAPMDS）对球形纤维素纳米纤维（CNF）湿凝胶进行化学修饰,探讨了改性反应条件对氨基纳米纤维素中N含量的影响,选用叔丁醇溶液为置换溶剂,采用冷冻干燥制备了一种新型的生物质气凝胶。对所制备的3-（2-氨基乙氨基）丙基甲基二甲氧基硅烷-纤维素纳米纤维（AEAPMDS-CNF）气凝胶的微观形貌、结构特征、力学强度及CO₂的吸附等性能进行表征和分析。结果表明：反应时间为10 h、反应温度为90℃、AEAPMDS溶液的质量分数为12wt%时,是AEAPMDS-CNF气凝胶的最佳制备方案。改性后的纤维素气凝胶具有三维网络孔结构、质轻（ρ ≤ 0.0573 g·cm^-3）、高孔隙率（ε>90%）等特点,其压缩强度为0.46 MPa,CO₂吸附量高达1.54 mmol·g^-1,表现出优异的CO₂吸附性能,具有很大的应用前景。     

再生纤维素基底上FC膜的制备及其结构与性能研究

采用磁控溅射法,以聚四氟乙烯(PTFE)为靶,氩气为栽气,在再生纤雏素膜表面沉积氟碳(FC)膜.用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、红外光谱仪(FT-IR)和静态接触角测试仪对氟碳膜的表面形貌、表面结构和表面性能进行了研究,结果表明:随着溅射压力的增加,沉积的FC粒子数量增多,粒径变小,覆盖度增加;随着沉积时间的增加,FC膜逐渐变厚,FC膜由-CF3、-CF2-、-CF-和-C-4种组分组成.沉积FC膜后,再生纤维素膜实现了由亲水性向疏水性的转变.     

Correlation between structure characteristics and adsorption properties of regenerated cellulose fibers

We correlate fine structure with the adsorption behavior of new (lyocell) and conventional (viscose, modal) regenerated cellulose fibers. We have studied the molecular structure, the fine structure and, most important of all, the amorphous regions and voids in the system. Differences in adsorption properties of all three-fiber types were determined by using several methods for quantification of water, dye and iodine adsorption. The structural analysis shows that higher molecular weight, a higher degree of crystallinity and a higher molecular orientation are found in lyocell fibers [1]. Our results obtained by several independent methods demonstrate clearly that the adsorption properties of cellulose fibers depend, with the exception of the portion and orientation of amorphous regions, predominantly on the void system (diameter, volume and inner surface of voids) [2]. Electronic Publication     

纤维素纳米纤丝-还原氧化石墨烯/聚苯胺气凝胶柔性电极复合材料的制备与性能

利用高长径比的纤维素纳米纤丝（CNF）与片层结构的氧化石墨烯（GO）形成的CNF-GO复合水凝胶经抗坏血酸还原制备出CNF-还原氧化石墨烯（rGO）复合水凝胶材料。通过冷冻干燥法得到CNF-rGO复合气凝胶,并进一步通过苯胺单体在CNF-rGO复合气凝胶的孔道内原位聚合制备出CNF-rGO/聚苯胺（PANI）气凝胶柔性电极复合材料。研究了不同苯胺、CNF和GO的质量比对CNF-rGO/PANI气凝胶柔性电极复合材料的结构形貌和电化学性能的影响。结果表明,苯胺原位聚合后所得CNF-rGO/PANI复合气凝胶仍具有紧密的三维多孔网络结构。与rGO/PANI气凝胶电极复合材料相比,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料具有更理想的电容行为。当CNF与GO质量比为60∶40,PANI添加量为0.1 mol时,CNF-rGO/PANI气凝胶电极复合材料比电容可达85.9 Fg-1,且其电化学性能几乎不受弯曲程度的影响,展现出了良好的柔韧性和电化学性能。      

再生纤维素/TPU复合膜的制备及性能研究

采用DMAC/LiCl为溶剂,分别溶解纤维素与氨纶切片TPU,强烈机械搅拌共混均匀,以蒸馏水为凝固浴制备再生纤维素/TPU复合膜,用核磁共振1 H NMR分析谱图表征了TPU的结构特征,傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、材料万能拉伸仪对复合膜的结构及强力性能进行了测试,采用WGT-S透光仪测定了复合膜的透光率,结果表明TPU引入纤维素矩阵中,一定程度上破坏了再生纤维素膜的结晶度,大大提高了再生纤维素膜的断裂伸长率,降低了其拉伸强度,当TPU加入量为20%(质量分数),再生纤维素膜的断裂伸长率提高到65%,透光率均保持良好。     

包埋型球形纤维素吸附剂的制备研究

以马尾松硫酸盐浆纸浆纤维素为原料,利用热溶胶转相法,在纤维素再生过程中将荆树皮栲胶包埋在纤维素基体上,制备出包埋型球形纤维素吸附剂ESCA,并考察其对盐酸小檗碱的吸附效果。结果表明,当荆树皮栲胶用量为1.00%,碳酸钙用量为6.67%,明胶用量为3.33%,油酸钠用量为0.50%时,制得的吸附剂ESCA的含水率为73.2%,比表面积为436.2m2/g,荆树皮栲胶的包埋率为98.26%。当盐酸小檗碱初始质量浓度为200mg/L,溶液pH值为7,吸附时间为3.0h,吸附温度为30℃时,ESCA对盐酸小檗碱的吸附率为95.28%,平衡吸附容量为23.82mg/g。     

炭气凝胶负载Pt基催化剂的制备及其甲醇氧化催化性能

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为原料,制备R-F炭气凝胶(RF-CAs).继以后者为载体采用浸渍还原法制备铂基催化剂Pt/CA,并比较其与由相同负载工艺制得的以Vulcan XC-72为载体的铂基催化剂Pt/XC72的催化甲醇氧化反应的性能.结果表明,前者具明显高的甲醇氧化催化活性,显示CAs是一种极具潜在竞争力的燃料电池催化剂载体材料.     

纤维素的选择性氧化及发展趋势

纤维素是自然界取之不尽用之不竭的可再生资源,改变纤维素的结构,便赋予其许多新的功能。选择性氧化纤维素成为纤维素科学与纤维素基新材料研究领域中的热点。综述了纤维素的各种选择性氧化体系,重点介绍了TEMPO/NaClO/NaBr选择性氧化体系的反应条件、反应机理及最新的研究进展,并分析了氧化纤维素应用及发展前景。