石墨烯复合气凝胶的制备及其吸附性能研究

以亚硫酸氢钠为还原剂,将氧化石墨烯(GO)还原得到还原氧化石墨烯(rGO),经冷冻干燥制得石墨烯气凝胶(GA).通过向GA内部引入活性炭纤维(ACF)和TiO2,制备出rGO/ACF/TiO2复合气凝胶.探究了 rGO/ACF/TiO2复合气凝胶对RhB染料的吸附和光催化作用,并对其吸附机理和吸附-光催化协同作用机理进行探讨.研究结果表明:ACF和TiO2能较好地嵌入到复合气凝胶中;rGO/ACF/TiO2复合气凝胶的吸附和光催化性能受TiO2含量、投料量、溶液初始浓度影响较大;rGO/ACF/TiO2复合气凝胶的吸附过程符合准二级动力学模型及Langmuir等温线模型,且属于单分子层化学吸附.颗粒内扩散模型拟合结果表明:rGO/ACF/TiO2复合气凝胶的内扩散是影响其吸附RhB染料速率的主要因素,但不是唯一因素;光催化动力学研究表明:rGO/ACF/TiO2复合气凝胶对RhB染料的吸附过程符合一级动力学特性.     

海藻酸钠/改性氧化石墨烯复合气凝胶的制备及吸附性能研究

文章利用β-环糊精接枝改性氧化石墨烯,采用原位交联和冷冻干燥技术制备了海藻酸钠/β-环糊精改性氧化石墨烯(SA/GO-β-CD)复合气凝胶,以Cu~(2+)、Cd~(2+)为代表性重金属离子,研究了所制备的复合气凝胶对水体中重金属离子的吸附性能。探讨了不同GO-β-CD浓度制备的复合气凝胶的吸附性能和力学性能,以及不同初始离子浓度下气凝胶对重金属离子的吸附性能。结果表明,随着GO-β-CD浓度的增加,气凝胶的机械强度及弹性均有增大,对重金属离子的吸附容量随着改性氧化石墨烯浓度的增加先升高再逐渐降低。SA/GO-β-CD复合气凝胶对Cu~(2+)和Cd~(2+)的最大吸附容量分别为134.67和160.66 mg/g。     

改性氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶球的制备与吸附性能

采用顺丁烯二酸酐修饰氧化石墨烯片层,对改性氧化石墨烯进行红外光谱、X射线衍射测试。将改性氧化石墨烯与海藻酸钠混合,以氯化钙溶液为凝固浴,采用湿法纺丝与冷冻干燥法制备气凝胶球,利用扫描电子显微镜观察气凝胶球表面;探讨凝胶球对亚甲基蓝染料的吸附效果,及其吸附动力学和吸附等温线分析。试验结果表明:顺丁烯二酸酐开环与氧化石墨烯片层上的羟基基团发生酯化反应;氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶球改性后的表面更加均匀平滑,氧化石墨烯分散效果更好;产物吸附过程与准二级吸附动力学模型和穆尔吸附模型相符。改性氧化石墨烯/海藻酸钠气凝胶球对亚甲基蓝的最大吸附量较未改性前提高了33.21%。     

海藻酸钠/改性氧化石墨烯微孔气凝胶纤维制备与吸附性能

为提升海藻酸钠(SA)/氧化石墨烯(GO)复合纤维对阳离子染料的吸附性能及其力学性能,以轻质碳酸钙作为成孔剂,马来酸酐接枝氧化石墨烯(MAH-GO)微粒作为增强剂,SA作为基体,采用湿法纺丝与冷冻干燥法,经酸性置换制备SA/MAH-GO微孔气凝胶纤维,并对其化学结构、形貌和粒度进行分析,探讨了MAH-GO质量分数对微孔气凝胶纤维断裂强度的影响,采用吸附动力学及吸附等温线模型对吸附实验数据进行拟合分析。结果表明：MAH-GO质量分数为0.5%时,SA/MAH-GO微孔气凝胶纤维的拉伸断裂强度最优,为0.513 cN/dtex,与SA/GO气凝胶纤维断裂强度相比提高了11.51%,其吸附过程符合准二级吸附动力学模型,主要受到化学吸附机制控制,对亚甲基蓝最大吸附量可达2 400.66 mg/g。     

三维石墨烯气凝胶的制备及对罗丹明B的吸附性能

以氧化石墨烯(GO)为原料,亚硫酸氢钠为还原剂,采用较温和的化学还原法将GO还原成石墨烯,并通过冷冻干燥技术制备具有三维立体结构的石墨烯气凝胶(GA),探究其对罗丹明B(RhB)染料溶液吸附性能的影响;并对吸附平衡、吸附动力学和吸附机理进行研究。结果表明:GA对RhB染料的吸附性较好,吸附剂投加量、RhB溶液初始质量浓度以及吸附时间等因素均对吸附性能有影响;吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型,表明GA对RhB染料的吸附反应是化学吸附,且呈单分子层吸附。颗粒内扩散模型分析表明,GA对RhB染料的吸附过程中内部扩散是吸附速率的控制步骤,但不是唯一的速率控制步骤,吸附机理较为复杂。     

DCG复合气凝胶的制备及对刚果红的吸附性能

微晶纤维素（MCC）通过选择性氧化得到二醛纤维素（DAC）,再与壳聚糖（CS）、葡萄糖（G）交联制备DAC/CS/G(DCG)复合气凝胶。采用SEM、FTIR对DCG气凝胶进行表征,并考察其对刚果红（CR）的吸附作用。结果表明,MCC被高碘酸钠氧化后引入活性基团醛基,可与CS、G发生化学交联和氢键键合,提高了对刚果红的吸附效果。与原MCC相比,DCG呈现较均匀密集的多孔结构;DCG的吸附过程均遵循准二级动力学模型和Langmuir等温模型;不同氧化度的DCG相比,DCG-0.06的吸附速率和容量更佳,当染料初始质量浓度为600 mg/L时,其单分子层理论最大吸附量可达到649.35 mg/g。     

铜尾矿砂对氧化石墨烯的吸附性能研究

为研究铜尾矿砂（Copper Tailings Sand,简称CTS）对氧化石墨烯（Graphene Oxide,简称GO）的吸附效果,从绍兴平水铜矿尾矿库采取样本,以其作为吸附剂对GO吸附效果进行研究。结果表明,CTS对GO的吸附与pH、吸附剂CTS的质量、GO初始浓度有关,在pH=2、吸附剂质量m=50mg、GO初始浓度为80mg/L的条件附近吸附率达到最大,吸附率R=90%,平衡时的吸附量qe=72.51mg/g;利用Langmuir和Freundlich等温吸附方程在303K条件下对其剩余浓度与吸附量进行拟合,发现Freundlich吸附模型更适合用来拟合CTS对GO的吸附。     

掺杂改性纤维素复合气凝胶的制备及吸附性能

为提高纤维素材料在废水处理中的吸附性能,利用蒙脱土（MMT）和壳聚糖（CS）对再生纤维素（RC）掺杂改性,制备了多元复合气凝胶。对气凝胶结构进行了表征,评价了气凝胶对重金属离子的吸附性能。结果表明：CS的加入增强了与纤维素分子的作用力,能构建具有均匀微孔结构的复合气凝胶,提高了气凝胶的机械性能及其孔隙率,降低了密度。相对于纯RC气凝胶,复合气凝胶对重金属离子的吸附性能明显提升,其中RC-MMT-CS复合气凝胶对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Co~(2+)和Cu~(2+)的最大吸附量分别达到220.9、153.1、134.5、65.5 mg/g,是RC-MMT复合气凝胶的1.4、1.5、1.6、2.1倍,RC气凝胶的12.3、10.0、10.6、6.7倍。同时,RC-MMT-CS复合气凝胶具有良好的再生利用性能,5次循环后对4种重金属离子的吸附能力仍均能保持在75%以上。     

海藻酸钠/羟丙基甲基纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶的制备及性能评价

以海藻酸钠和羟丙基甲基纤维素等天然高分子化合物为原材料,通过引入氧化石墨烯,采用原位凝胶化方法制备了海藻酸钠/羟丙基甲基纤维素/氧化石墨烯新型气凝胶材料。研究结果表明,制备的气凝胶具有均匀多孔的空间结构,而且继承了氧化石墨烯材料典型的分层结构; XRD分析表明氧化石墨烯以氢键连接的方式均匀地分散在海藻酸钠体系中;以重金属Cu2+的吸附量为指标,气凝胶对铜离子的吸附量先急剧增加后趋于平衡;通过对经验方程的拟合分析,气凝胶对Cu2+吸附更遵循Freundlich吸附过程和准二级动力学模型,属于化学吸附。     

羊毛角蛋白/氧化石墨烯复合材料的制备及其吸附性能

为了提高羊毛角蛋白(KE)对亚甲基蓝及重金属离子Pb²⁺、Cu²⁺的吸附性能,将羊毛角蛋白与氧化石墨烯(GO)进行复合,自组装形成水凝胶,冷冻干燥后制得KE与GO质量比为9∶1的复合材料。分别采用红外光谱、扫描电镜、X-射线衍射、热重分析等方法对复合材料的结构进行表征。得出,复合材料具有大量的极性含氧官能团,有利于吸附污染物分子;呈层状多孔(10μm)、片层褶皱的有序结构,提供了多的活性位点和大的比表面积;复合材料中GO片层均匀地分散在羊毛角蛋白基质中;加入GO对复合材料中KE的热稳定性影响较小。结果表明:与纯羊毛角蛋白相比,KE/GO复合材料吸附速率和吸附性能均大幅提高,对100 mg/L的亚甲基蓝去除率达96%,对100 mg/L重金属离子Pb²⁺和Cu²⁺的去除率分别为75%和74%。     

石墨烯气凝胶复合防火织物的热防护性能

为进一步提高热防护服的综合性能,使其满足高防护性兼具低热蓄积的需求,利用改进的Hummers法制备了一种密度小、导热率低、隔热效果好的石墨烯气凝胶材料,并研发复合防火织物系统,在低辐射热环境下探讨不同厚度的石墨烯气凝胶的隔热效果。结果表明:加入石墨烯气凝胶的复合防火织物具有较好的热防护性能,可将人体产生热损伤的时间延长约203%,将人体产生二度烧伤的防护时间延长约218%,防火织物的防护性能与石墨烯气凝胶的厚度呈非线性关系;石墨烯气凝胶复合防火织物的平均透湿率保持在10.4 g/(m²·24 h),与复合防火织物的透湿性没有显著差异,石墨烯气凝胶的加入不影响防火织物整体的透湿性。     

基于氧化石墨烯/纳米银的导电水凝胶制备及其性能

为了研发基于氧化石墨烯/纳米银(GO/AgNPs)的智能传感器,以聚乙烯醇(PVA)/海藻酸钠(SA)双交联水凝胶为基材,利用GO/AgNPs复合物作为导电填充材料,制备了PVA/SA导电双交联水凝胶。将PVA与SA按一定比例混合,经过冷冻交联,可以形成具有极高力学性能的强力水凝胶。调节PVA溶液的质量浓度,改变PVA与SA的比例,可以制备出断裂伸长率高达250%的强力水凝胶。当水凝胶中导电聚合物的质量分数为2.0 mg/mL时,其表现出良好导电性,随着伸长率的增加,其电阻也显著增大,制备的导电水凝胶传感器的灵敏度最高可达1.0,可用于检测人体基本运动。     

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6~26 nm的蛛丝状纤丝构成的三维网络结构,其比表面积为52.25 m²/g,平均孔径为28.82 nm,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196.08 mg/g。     

石墨烯气凝胶复合防火面料防护性能的影响因素

为进一步提高热防护服的综合性能,满足增加防护性和降低热应激的需求,构建了石墨烯气凝胶复合面料系统。通过不同的评价指标,在低辐射热环境下探讨了制备过程中氧化石墨烯水溶液的质量分数、石墨烯气凝胶的厚度、石墨烯气凝胶中是否添加碳纤维3个因素对复合面料系统热防护效果的影响。实验结果表明,与对照组相比,加入石墨烯气凝胶的复合面料系统有较好的热防护性能,可将人体产生热损伤的时间延长165%~318%,将产生二级烧伤时间延长87%~225%,将面料系统最大温差降低35.6%~63.9%;温升12 ℃的时间、温升24 ℃的时间和面料系统最大温差3个影响因素之间存在交互作用,而指标面料系统到达最高温度的时间在3个因素之间不存在交互作用,碳纤维因素主效应显著。     

磁性复合凝胶球的制备及其对亚甲基蓝的吸附性能

以海藻酸钠(SA)、自制羧甲基壳聚糖(CMCS)和纳米Fe₃O₄为原料,采用落球法制备Fe₃O₄/CMCS/SA复合凝胶球(MCSB)吸附剂,用FTIR和SEM进行表征。考察了吸附剂用量、吸附时间、溶液pH、吸附温度和溶液初始质量浓度对亚甲基蓝(MB)吸附性能的影响,研究了MCSB对MB的吸附动力学和热力学。结果表明:在吸附剂用量为0.4 g/L、pH为7、吸附时间为100 min、MB初始质量浓度为50 mg/L的条件下,MCSB对MB的去除率和吸附容量分别达到90.62%和113.28 mg/g,吸附过程符合准二级动力学方程(R²=0.998 39)和Langmuir吸附等温线模型(R²=0.999 46)。     

杯芳烃/还原氧化石墨烯纤维的制备及其选择性吸附性能

为提升杯芳烃纤维对Pt(Ⅱ)的平衡吸附量,依次通过酰胺化、还原法和静电纺丝法制备了杯芳烃/还原氧化石墨烯(CrGO)纤维.借助扫描电子显微镜、红外光谱仪、拉曼光谱仪和热重分析仪分析了纤维的结构与性能,并采用吸附实验研究了纤维的吸附选择性、吸附动力学及吸附等温模型.结果表明:CrGO纤维直径为(2±0.5)μm,具有褶皱...     

旧报纸碳基气凝胶的制备及其吸附性能的研究

将富含纤维素的旧报纸先进行润胀、打浆,然后冷冻干燥,得到旧报纸气凝胶（WNA）,利用高温热分解的方式处理WNA制得旧报纸碳基气凝胶（CA）。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）对CA的性能进行表征。结果表明,CA的密度（0.0348 g/cm³）较低,动态接触角为129.8°,表明CA的疏水性能优异。FT-IR结果表明,与WNA相比,CA中羟基、烷基及糖苷键等官能团含量减少。SEM分析表明,CA的纤维宽度在8～10 μm范围内,其具有连续纳米多孔三维网络结构。XRD分析表明,纤维素的结晶区受到破坏,导致无定形碳的形成。CA能高效、快速地吸附有机溶剂和石油化工产品,吸附量可达自身质量的21～37倍。利用燃烧的方法可将吸附的物质从CA中分离出来并对CA进行回收。经过6个吸附/燃烧循环过程,CA对甲醇和硅油的吸附能力分别是原吸附能力的83.9%和86.4%,表明CA可实现多次循环利用。     

纤维素/MXene复合气凝胶的制备及其对亚甲基蓝的吸附机制

将新型二维纳米材料掺杂进凝胶三维结构框架材料得到复合凝胶,可以增强凝胶对亚甲基蓝染料(MB)吸附能力,对于研究去除印染废水具有重要意义。以微晶纤维素为凝胶框架材料,MXene(MX)为功能掺杂剂,通过冷冻干燥法制备纤维素/MXene复合气凝胶。利用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、EDS元素分析等表征其微观形貌及化学结构,并探究对亚甲基蓝的吸附作用。结果表明：制备的MXene呈现二维层状结构,掺杂后复合气凝胶呈现三维多孔结构,且MXene的加入提高了复合气凝胶的孔隙率;复合气凝胶的吸附效果远远高于纯纤维素气凝胶,对亚甲基蓝的吸附率高达80%;当温度为20℃,染料溶液初始质量浓度为50 mg/L时,复合气凝胶质量为100 mg,吸附效果最佳,通过动力学模型拟合分析,复合气凝胶吸附亚甲基蓝染料主要吸附过程为化学吸附。     

纤维素/壳聚糖磁性气凝胶的冻融法制备及其对染料吸附性能

为开发一种高效可再生的磁性生物质基吸附剂,以微晶纤维素(MCC)和壳聚糖(CS)为凝胶网络框架、纳米Fe3 O4为掺杂剂,通过悬浮液滴和冻融结合法制备MCC/CS磁性气凝胶.借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射等表征其微观形貌及化学结构,并探讨了对染料刚果红的去除效果.结果 表明:在加入1.0 g纳米Fe3 ...     

石墨烯气凝胶的制备与应用研究

石墨烯气凝胶,俗称“碳海绵”,在众多石墨烯宏观体结构中,因其具有大比表面积、低密度、高孔隙率、强吸附等特点,已经成为最具潜力的新型碳材料之一。石墨烯气凝胶体现了宏观尺度下石墨烯的优异性能,其由石墨烯纳米片经搭接、组装形成,具有连续的三维多孔网络结构。目前已开发出水热还原法、化学还原法、交联法、模板法、3D打印法等方法制备石墨烯气凝胶,并且在此基础上不断改进,得到了性能更为优异的石墨烯气凝胶,被广泛应用于超级电容器、锂硫电池、催化剂、吸附材料、传感器、保温材料等领域。