乳液法制备聚乙烯醇-石墨烯气凝胶及其对纯有机物的吸附

采用氧化石墨烯(GO)稳定的Pickering乳液为软模板,制备聚乙烯醇-石墨烯气凝胶。探究GO浓度、均质转速、油水比、乙二胺(EDA)和聚乙烯醇(PVA)用量等因素对乳液稳定性、粒径分布及气凝胶成型的影响,发现改变乳液配比可控制乳液粒径的大小,进而对气凝胶的密度和孔隙率进行调控。通过SEM、FT-IR、Raman、XRD对最优制备条件下制得的聚乙烯醇-石墨烯气凝胶(PGA)进行表征,可知GO经水热反应后被还原组装形成三维网络气凝胶结构(PGA)且其孔道直径与乳液粒径基本一致。对PGA进行挤压实验发现其具有轴、径双向挤压回弹性,且重复挤压200次以上PGA仍然具良好的弹性。PGA对纯有机物的吸附量最高可达280g·g~(-1),且每克PGA吸附的有机物的体积为恒定值。关键词:聚乙烯醇;石墨烯;气凝胶;乳液;弹性;复合材料     

乳液法制备聚乙烯醇-石墨烯气凝胶及其对纯有机物的吸附

采用氧化石墨烯(GO)稳定的Pickering乳液为软模板，制备聚乙烯醇-石墨烯气凝胶。探究GO浓度、均质转速、油水比、乙二胺(EDA)和聚乙烯醇(PVA)用量等因素对乳液稳定性、粒径分布及气凝胶成型的影响，发现改变乳液配比可控制乳液粒径的大小，进而对气凝胶的密度和孔隙率进行调控。通过SEM、FT-IR、Raman、XRD对最优制备条件下制得的聚乙烯醇-石墨烯气凝胶(PGA)进行表征，可知GO经水热反应后被还原组装形成三维网络气凝胶结构(PGA)且其孔道直径与乳液粒径基本一致。对PGA进行挤压实验发现其具有轴、径双向挤压回弹性，且重复挤压200次以上PGA仍然具良好的弹性。PGA对纯有机物的吸附量最高可达280 g·g^?1，且每克PGA吸附的有机物的体积为恒定值。     

乳液法制备石墨烯气凝胶及其吸附水中亚甲基蓝

利用乳液法制备多孔石墨烯气凝胶（emGA）,改变乳液油水比制备不同的emGA。扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、氮气吸附脱附等表征显示,emGA具有多孔结构,经水热还原后含氧官能团大部分被除去,比表面积为103.3～243.1m²/g。以亚甲基蓝（MB）浓度和温度作为变量,考察emGA对水中MB的吸附效果。结果表明,emGA的比表面积越大,其对MB平衡吸附量越大;当初始浓度越大,温度越高,则吸附有利。吸附动力学数据表明emGA吸附MB符合准二级动力学模型和内扩散模型,吸附过程分为大孔扩散和微孔扩散。吸附等温线数据拟合结果符合Langmuir模型,表明emGA对MB的吸附属于单分子层吸附。Langmuir模型计算出emGA-2饱和吸附量为307.7mg/g,与实验值291.3mg/g较为接近。分析热力学参数发现,emGA吸附MB为自发吸热过程,且吸附过程属于物理吸附。     

Alg@TiO2微球稳定的Pickering乳液用做防晒乳成分的研究

为了开发一种兼具防晒功能和乳液稳定性的防晒乳配方,设计了一种负载二氧化钛纳米颗粒的海藻酸钙微球（Alg@Ti O₂微球）来稳定Pickering乳液,用作防晒乳成分。考察了油水比和微球含量对Pickering乳液的影响,探究了乳液类型,并进行了长期保存稳定性测试。结果表明,Alg@Ti O₂微球形状为球形,大小为2～6μm;Alg@Ti O₂微球中二氧化钛纳米颗粒含量为43%;微球与油水的三相接触角为120°;当油水比为1∶1,微球含量为3%（w/%）时,稳定的白油/水体系Pickering乳液为油包水型（W/O型）,经100 d室温保存后乳液状态保持稳定。通过紫外吸收实验,和包括市售防晒乳在内的其他3种防晒乳相比,该Pickering乳液具有优异的防晒性能。通过皮肤表面清洗实验,该Pickering乳液具有易清洗的特性。     

软模板法石墨烯气凝胶的制备及其对水中油品的吸附机理

以氧化石墨烯(GO)为稳定剂制备乳液(GE),经过水热反应后得到石墨烯气凝胶(GA),利用光学显微镜(OM)、接触角测量仪、扫描电子显微镜(SEM)对制备的GA、GE进行表征。以正庚烷、十二烷、甲苯、环己烷、航空煤油、直馏柴油等分别作为水中油品配制模拟含油废水,改变吸附剂GA种类和吸附温度,考察不同条件下GA对模拟含油废水中油品的吸附效果。实验结果表明,GA对模拟含油废水的吸附过程符合准二级动力学方程(PSO),吸附过程分为三个阶段,包括大孔扩散、内部中孔扩散、微孔扩散至吸附平衡。吸附活化能Ea为35.07 kJ?mol~(-1),推测GA对水中油品的吸附过程为物理吸附。改变吸附条件,分析结果后发现以下规律:碳数相近时,GA-2对油品吸附速率为直链烷烃环烷烃芳香烃,油品碳数对吸附速率影响小于油品种类;GA密度越小、孔隙率越大,吸附速率越快;温度升高对吸附有利。油水比为2:5条件下所制得的GA-2对航空煤油的吸附等温线符合Freundlich吸附模型。     

石墨烯基气凝胶的制备及油吸附性能研究进展

海上漏油的频繁发生以及采油废水、工业含油污水的大量排放造成水资源大片污染和生态系统平衡的严重破坏。目前，从水体中分离油品和有机污染物已受到越来越多的商业和学术的关注。石墨烯基气凝胶是由二维石墨烯片层组装成的三维宏观材料，因其孔隙率高、比表面积大、密度低、机械性能强等特点在油水分离领域具有广阔的应用前景，已成为当今的研究热点之一。本文结合最新研究进展系统地总结了石墨烯基气凝胶的结构设计、组装及干燥方法，归纳了近年来其在油水分离中的应用进展，并对石墨烯基气凝胶在油水分离领域的研究现状和未来研究方向做了简要评述，以期为该领域的深入探索提供新的视角。     

高内相乳液法制备聚丙烯酰胺多孔水凝胶及应用

以亲水性二氧化硅纳米粒子（N20）和乳化剂Tween80为复合稳定剂,环己烷为油相制备高内相乳液,再以此乳液为模板制备聚丙酰胺（PAM）多孔水凝胶。乳液光学显微镜照片及PAM多孔水凝胶SEM照片表明N20用量及Tween80用量对材料孔径形貌及直径有直接影响;压汞仪数据表明当N20用量为3%、Tween80用量为9%时,多孔水凝胶平均孔径为38.06nm,孔隙率为77.54%,20h饱和吸水率可达402g/g;吸附实验表明PAM多孔水凝胶对Mn(Ⅱ)具有良好的吸附性能,吸附过程符合准二级动力学方程,属于化学吸附,当溶液pH为4时,120min可达吸附饱和,吸附量为474.64mg/g。     

乙醇胺为碱性催化剂对硅气凝胶性能的影响

以正硅酸乙酯为硅源,盐酸为酸性催化剂,乙醇胺(一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺)、氨水为碱性催化剂,采用酸碱两步催化溶胶-凝胶法制备二氧化硅湿凝胶,凝胶不经过表面改性,采用真空干燥制得二氧化硅气凝胶。通过对二氧化硅气凝胶样品进行比表面积测定和扫描电镜观察,表明添加不同的乙醇胺所得二氧化硅气凝胶的性能不同。采用乙醇胺作催化剂与氨水作比较所得二氧化硅气凝胶平均孔径较大。采用一乙醇胺作催化剂与氨水作比较,在添加量为（5.1～8.5）×10^-2  mol时,所得二氧化硅气凝胶的吸附能力提高,内表面粗糙度减小,孔隙率提高,减轻了孔壁的坍塌。采用二乙醇胺作催化剂与其他碱性催化剂作比较,随着其添加量的增加所得二氧化硅气凝胶平均孔径增加幅度较大。采用三乙醇胺作催化剂与其他碱催化剂相比,所得二氧化硅气凝胶的内部表面最粗糙。     

羟乙基纤维素/纳米纤维素稳定的Pickering乳液及其流变特性研究（英文）

以纤维素粉（α-Cellulose）为原料，通过酸水解法制备得到纳米纤维素（CNC），并对其结构和微观形貌进行了表征。选用大豆油为油相，羟乙基纤维素（HEC）/CNC复合物为乳化剂，制备得到稳定的Pickering乳液。研究CNC质量分数、油水体积比和HEC质量分数对Pickering乳液稳定性的影响，并通过流变学的手段对其进行分析。结果表明，随着HEC质量分数的增加，Pickering乳液稳定性增强。在油水体积比为8∶2,CNC质量分数为0.2%和HEC质量分数为0.4%时，乳液稳定性最强，其乳滴粒径约为20μm，稳定时长可达100天以上。与单独使用CNC稳定的Pickering乳液相比，HEC/CNC复合物稳定的Pickering乳液具有更强的稳定性和更小的液滴直径。HEC/CNC复合物稳定的Pickering乳液呈现“剪切变稀”的流变特性，即溶液中HEC质量分数增加时，乳液剪切黏度随着剪切速率的增大而降低，剪切应力则相应地增强。     

石墨烯气凝胶的制备及其对水中油分的吸附特性

以改性Hummers法制备出的氧化石墨（GO）为原料,乙二胺（EDA）为交联剂,通过液相化学交联法制备出以石墨烯为主体的多孔网状气凝胶（EGA）。利用电子扫描电镜（SEM）、电子透射电镜（TEM）及选区电子衍射（SAED）对其进行表征。以水中柴油为研究对象,考察所制EGA样品对水中柴油的吸附脱除效果。结果表明,石墨烯气凝胶对柴油的吸附量在前5 min上升迅速,在30 min左右达到吸附平衡。吸附过程遵循准二级动力学模型,且吸附速率随温度的升高而增加,体系的表观活化能E_a=23.94 kJ·mol^-1。颗粒内扩散模型拟合结果表明,EGA对水中柴油的吸附分为表面孔道吸附、气凝胶内部孔道扩散以及石墨烯片层间小孔道扩散。石墨烯气凝胶对柴油的吸附等温线与Freundlich模型较为吻合。     

石墨烯基气凝胶对有机物的饱和吸附能力

以Pickering乳液法进行了石墨烯基气凝胶(GA)的制备,并以纯有机物和水中乳化油分为吸附对象,对其饱和吸附能力进行了评价,综合对比了不同研究者利用碳纳米材料所制备碳基气凝胶对纯有机化合物的吸附能力,发现包含本文所制备的GA在内的各种碳基气凝胶对不同的有机物的吸附能力与有机物的密度成正比,表明单位质量碳基气凝胶吸附有机物的体积(cm³?g^?1)为定值,与具体的被吸附有机物的种类无关。推断有机物在气凝胶材料中的吸附是一种体积填充行为,气凝胶孔隙体积的大小对于其吸附有机物的能力具有重要影响,但孔隙的占有率也是决定实际吸附有机物能力的关键因素。所制备的GA对水中油分的吸附能力低于其对纯油分的吸附能力,应与水的竞争吸附、有机物的扩散阻力等有关。     

In situ production of spherical aerogel microparticles

Due to their high surface area, low density, open pore structure and excellent insulation properties aerogels are intensively investigated since the past decades for a diverse range of applications. The current methods of silica aerogel production by supercritical extraction produce monolithic aerogels, where the sol is aged in molds and dried by extraction with supercritical CO₂. Aerogels in the form of spherical microparticles would be beneficial for many applications, for instance, drug delivery for respiratory route; or as insulating materials. However, because of aerogel's mechanical properties, it is difficult, rather impossible, to obtain spherical microparticles by milling or crushing of the monolithic aerogels. This work presents a new method to produce biocompatible spherical aerogel microparticles using an emulsion technique (in situ production) followed by supercritical extraction of the resulted dispersion (gel-oil). Water in oil emulsion was produced by mixing the sol (dispersed phase) with a vegetable oil (continuous phase) followed by the gelation of the dispersed phase. The size distribution of the final gel particles was found to be influenced by agitation, surfactant concentration and sol:oil volume ratios. The gel-oil dispersion was subsequently extracted with supercritical CO₂, Silica aerogel spherical microparticles with a surface area of 1100 m²g⁻¹, pore volume of 3.5 cm³/g and different mean particle diameters ranging from 200 μm to a few millimeters were produced using the presented method.     

Hydrophobic nanocellulose aerogels with high loading of metal-organic framework particles as floating and reusable oil absorbents

In this paper, we employed a facile approach to prepare flexible and porous metal-organic frameworks (MOFs) containing cellulose nanofiber (CNF) aerogels (MNCAs) through freeze-drying MOF-containing cellulose nanofiber suspensions. After coating with methyltrimethoxysilane (MTMS) by chemical vapor deposition, recycled and hydrophobic MTMS-coated MNCAs (MMNCAs) were obtained. Due to the low density (0.009 g/cm³), high porosity (97%) and good mechanical properties of the aerogel, the adsorption capacity of MMNCAs reached up to 210 g/g, which was nearly 3–5 times that of pure CNF aerogels. These prepared aerogels showed excellent oil/water selectivity and high capacity to adsorb oil and organic solvents. This kind of cellulose-based aerogel may be applicable in the field of environmental protection.     

层层自主装法制备GO杂化多壁微胶囊及其稳定性的影响探究

氧化石墨烯(GO)纳米粒子片层结构可用作Pickering乳液分散剂,芯材离子液体的稳定分散是制备微胶囊的关键,以GO作为Pickering乳液分散剂,并设计以GO为单一壁材制备了自润滑微胶囊,考虑到GO具有优异的耐摩擦性能和良好的热稳定性,再通过层层自主装法,使得壁层之间可以通过静电吸附和氢键作用连接,从而合成多层GO壁自润滑微胶囊。重点研究pH值、油水比、GO的质量浓度对GO的Pickering乳液的影响及GO杂化多壁微胶囊制备的最佳稳定条件。实验证明在pH值为2,油水质量比为5%,GO质量浓度为0.1 mg/L的实验条件下制备的微胶囊最佳。     

碳纳米管-石墨烯气凝胶制备及其对水中乳化油的吸附特性

以改进的Hummers-Offeman法制备出的氧化石墨（GO）与羧基化多壁碳纳米管（CNTs-COOH）为原料,聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为交联剂,乙二胺（EDA）为还原剂,水热还原法制得羧基碳纳米管-石墨烯复合气凝胶（CGA）。调整GO与CNTs-COOH的质量比获得密度在8.40～14.42 mg·cm^-3之间的气凝胶,并确定在GO：CNTs-COOH=3：1（质量）时得到的气凝胶的机械强度最优。通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）对所制备的CGA进行表征,得知GO与CNTs-COOH已成功还原组装成多孔状三维气凝胶结构。以水中乳化柴油作为研究对象,考察CGA样品在不同温度下对乳化柴油的吸附特性。结果表明,CGA的吸附量在前6 min迅速上升,在30 min左右达到吸附平衡,且平衡吸附量随温度升高而增加。吸附过程遵循准二级动力学模型,体系表观活化能为7.10 kJ·mol^-1。利用颗粒内扩散模型分析得出,CGA对乳化油的吸附分为外表面吸附过程和内部孔道吸附过程（内部大孔道吸附、中孔道和微孔道内扩散3个阶段）。     

Preparation and in vitro evaluation of hydrophobic‐modified montmorillonite stabilized pickering emulsion for overdose acetaminophen removal

Pickering emulsion stabilized with hydrophobic‐modified montmorillonite (HMMT) was proposed for treating acute overdose acetaminophen intoxication, with a rapid removal rate, better stability, and good biocompatibility. The tiny HMMT was able to adsorb at the oil‐water interface of the Pickering emulsion to reduce the interfacial energy along with the formation of solid particle layer, in order to enhance the stability of the emulsion and improve the removal performance. With a fast removal rate, the detoxifying Pickering emulsion removed 0.5 g/L acetaminophen in the simulated gastric fluid to 0.13 g/L in 6 min, which is less than the intoxication content of 0.15 g/L, with a leakage ratio of lower than 4 % in simulated intestinal fluid over 4 h. Such a detoxifying emulsion was prepared at 55 °C with 2 % organoclay (HMMT) as the emulsifier, 6 % tributyl phosphate (TBP) as the extractant, and 0.1 mol/L NaOH as the inner phase in the volume ratio of 5:7. All the results denoted that the Pickering emulsion could be a promising candidate for the acute oral intoxication treatment.     

基于纤维素纳米晶稳定的亚微米Pickering乳液制备

与传统表面活性剂稳定的乳液相比,固体纳米颗粒稳定的Pickering乳液具有较强的界面稳定性、多功能性、低毒性等优势,在生物医药领域具有较大的应用潜力。而相较于尺寸较大的微米级Pickering乳液,亚微米Pickering乳液具有更大的比表面积、更有效的递送效率,有望进一步拓展Pickering乳液在生物医药领域的应用。但由于Pickering乳液的制备影响因素众多,且相互制约,刚性的固体颗粒难以在较小的有限油水界面排布,增加了亚微米Pickering乳液的制备难度。本工作以制备稳定的亚微米Pickering乳液为研究目标,采用具有良好生物相容性的天然多糖–纤维素纳米晶(CNCs)为颗粒乳化剂,角鲨烯作为油相,考察了颗粒浓度、油水比例、水相成分、超声时间及频率对Pickering乳液粒径分布及稳定性的影响,最终得到了具有良好的储存稳定性和抗离心稳定性的粒径为638.7?8.40 nm的亚微米Pickering乳液(CNCs-PE)。通过激光共聚焦显微镜证实了CNCs吸附在油水界面,形成了Pickering乳液结构。利用CCK-8法评价了CNCs和CNCs-PE的细胞毒性,结果表明,两者都具有良好的细胞安全性。此外,将其用于吸附模型抗原OVA,吸附率达到约80%,且肌肉注射部位的切片结果也表明其注射安全性良好。此结果为亚微米Pickering乳液进一步研究提供了参考,并有望拓展CNCs稳定的亚微米Pickering乳液在生物医药领域的应用。     

Fabrication of super-elastic graphene aerogels by ambient pressure drying and application to adsorption of oils

Three-dimensional graphene-based aerogels have promising applications in oil adsorption and environmental restoration. However, current research of graphene-based aerogels is often hindered by high preparation cost, poor mechanical properties and low recycling efficiency. Here, superelastic graphene aerogel(SGA) was prepared through one-step freezing and twice hydrothermal reduction followed by drying under ambient pressure. The simple atmospheric drying provides a possibility for large-scale pr...