氮掺杂纤维素基碳气凝胶对染料吸附的影响

采用尿素改性与冷冻干燥法相结合的方式制备了可循环使用的氮掺杂纤维素基气凝胶,并对该气凝胶进行碳化得到氮掺杂纤维素基碳气凝胶(N-CCA)。分析了N-CCA的形貌和结构特征,并对废水中阳离子染料亚甲基蓝(MB)和阴离子染料刚果红(CR)的吸附性能进行了研究。SEM、XRD、氮气吸附脱附仪测试结果表明,经过尿素改性后,纤维素基碳气凝胶形貌发生重组,孔隙结构更加紧密,石墨化程度降低,比表面积增加,有利于提高染料去除能力。通过紫外可见分光光度计测试表明,改性后的N-CCA对阳离子染料MB的吸附能力略微下降,但对阴离子染料CR的吸附能力提升明显,从改性之前的87.12mg/g增加到360.63 mg/g。N-CCA材料具有选择性吸附性解,循环使用5次,CR去除率保持在98%以上。     

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。     

干燥方法对木薯淀粉基碳气凝胶制备和吸附性能的影响

为研究干燥方法对淀粉基碳气凝胶的结构及吸附能力的影响,以木薯淀粉为碳源,采用常压干燥和冷冻干燥制备气凝胶,再将其高温碳化制备相应的碳气凝胶。利用红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电镜和全自动物理/化学吸附仪对所制备的淀粉基气凝胶和碳气凝胶进行表征,并考察了淀粉基碳气凝胶对阳离子染料的吸附能力。研究结果表明,2种干燥方法制备的淀粉基气凝胶化学结构与晶体结构基本相同,但采用冷冻干燥制备的淀粉基气凝胶（SA-FD）成孔数量更多,所对应的淀粉基碳气凝胶（SCA-FD）具有更大的比较面积（887.4 m2/g）、孔容积（0.444 cm3/g）和更强的阳离子染料吸附能力,与常压干燥法相比更具优势。     

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。     

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。     

使用废旧棉制备的吸附器及其在PM吸附和油水分离中的应用

为了减少纺织工业以及日常生活中所产生的废旧棉织物对环境的影响,使用废旧棉和二硫化钼(MoS_2)为原料,使用两步合成的方法制备了MoS_2/碳气凝胶吸附材料,讨论了不同废旧棉的质量分数对气凝胶形貌的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等对样品进行表征。将制得的样品在高PM浓度下进行吸附性能测试,在油水混合物中进行油水分离性能测试。结果表明:制备的样品具有极高的PM吸附效率以及优异的可循环油水分离性能。     

用于敌敌畏高灵敏检测的炭气凝胶@纳米金/离子液体修饰的乙酰胆碱酯酶传感器

在炭气凝胶的基础上制备氮掺杂炭气凝胶并负载金纳米棒，制备了新型的氮掺杂炭气凝胶@金纳米棒纳米复合材料(nitrogen doped carbon aerogel@gold nanorods, N-CA@Au)。以硼掺杂金刚石薄膜电极(boron-doped diamond, BDD)为工作电极，N-CA@Au和1-(4-磺酸)丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐离子液体(1-(4-sulfonic acid) butyl-3-methylimidazole bisulfate ionic liquid,[BSMIM]HSO₄)为修饰材料，制备乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase, AChE)传感器AChE/N-CA@Au-[BSMIM]HSO₄/BDD对蔬菜中的敌敌畏进行定量分析。研究发现，N-CA@Au具有良好的导电性和吸附特性，[BSMIM]HSO₄可以为AChE/N-CA@Au-[BSMIM]HSO₄/BDD提供稳定的电化学反应环境，使AChE、N-CA@Au和BDD发挥良好的协同作用...     

纳米纤维素碳气凝胶制备及其电催化性能研究

本研究以纤维素纳米纤丝(CNF)为碳骨架,氮含量高的类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)为氮源和造孔剂,成功制备了一种具有分级多孔结构的氮掺杂碳气凝胶(NCA)电催化剂。研究了NCA的物理化学结构与氧还原反应(ORR)活性之间的关系,以及其锌-空气电池性能。该NCA催化剂表现出较高的比表面积(381.77 m~2/g)、分级多孔结构,氮掺杂含量3.27%。ORR测试结果表明,NCA具有优异的ORR催化活性,半波电位可达0.83 V,接近商业铂碳(Pt/C)电催化剂。进一步将NCA作为阴极催化剂用于组装水系锌-空气电池,在电流密度为10 mA/cm~2下可以实现长达110 h的循环充放电,具有良好的电池使用性能。     

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。     

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。     

铜盐辅助木质素基碳气凝胶的快速制备及其电化学性能研究

本研究提出了一种铜盐辅助纳米木质素基气凝胶的快速合成方法,实现了具有显著微孔特征和三维（3D）互联结构的碳气凝胶制备。以绿色低共熔溶剂（DES）为反应溶剂,原位添加铜盐催化剂,快速合成了纳米木质素基碳气凝胶前驱体（LRF）,经过高温一步热解处理得到木质素基碳气凝胶（LRFC）。研究结果表明,铜盐的原位掺杂加快了胶体形成的反应速率,缩短了LRF的成胶时间。其中,Cu（NO₃）₂的原位催化效果最好,可使得LRF凝胶点缩短至2.5 h;同时,其相应的碳气凝胶（N-LRFC）的微孔率高达94.44%,孔径集中分布在1 nm;在电流密度为0.5 A/g时,N-LRFC的比电容最高可达347.6 F/g,表现出优异的电化学性能,且在电化学过程中其扩散控制占主导地位。     

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.     

用于染料吸附的甲基纤维素基气凝胶材料的制备及性能

针对印染废水的严重污染问题,选择刚果红(CR)和亚甲基蓝(MB)作为目标吸附物,开发了一种基于甲基纤维素(MC)和壳聚糖(CS)的复合气凝胶吸附材料(MC/CS)。考察了制备过程中MC/CS的成分配比、戊二醛浓度、交联温度及气凝胶密度等参数对甲基纤维素基气凝胶吸附材料的吸附能力和压缩强度的影响,并优化了其制备工艺。结果表明:当MC/CS质量配比为6∶4,戊二醛浓度5%,交联温度50℃时,所得气凝胶密度为10 mg/cm~3时,它对CR和MB具有优异的吸附能力,静态饱和吸附量分别达到518.12和237.86 mg/g,此时气凝胶的压缩强度达到1.57 kPa,使用后可保持形态结构完整。     

基于原位生长法制备纤维素气凝胶@ZIF-8复合材料及其对溶菌酶固定化的研究

随着生物化学和生命科学等领域的快速发展,酶工程成为研究热点;然而由于游离酶的结构敏感、易失活失效、且回收利用困难等,极大限制了它的发展和应用。通过吸附等手段将酶固定到特定载体中,可以提高酶活性和稳定性。本研究采用原位生长法制备结构规整的纤维素气凝胶@沸石咪唑酯骨架材料-8（ZIF-8）复合材料,并通过ZIF-8与蛋白之间的多重相互作用成功将溶菌酶固定;考察了pH值、盐浓度、吸附时间和吸附浓度对复合材料吸附性能及对固定化性能的影响。研究结果表明,纤维素气凝胶@ZIF-8对溶菌酶的最大固定化值为111.3 mg/g,并可在40 min内即可达到吸附平衡。催化实验研究结果发现,与游离酶相比,纤维素气凝胶@ZIF-8固定的溶菌酶具有更佳的催化效果。     

聚离子液体改性废报纸基纤维素气凝胶及其染料吸附性能研究

采用超声脱墨技术纯化废报纸（WNP）,将得到的脱墨纤维素纤维在碱溶剂体系中溶解并交联再生制备纤维素气凝胶（WNCA）,最后通过化学接枝法制备了聚（1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐）聚合物刷修饰的纤维素气凝胶吸附剂（WNCA-g-PBVIMBr）;研究了WNCA-g-PBVIMBr的化学结构与物理形貌,探索了其对染料酸性橙II（AO II）的吸附性能与吸附机理。结果表明,WNCA表面均匀接枝了平均分子质量为3780 g/mol的PBVIMBr聚合物刷,其对AO II的最大吸附容量为351 mg/g,吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,且化学吸附起主导作用。     

以聚对苯二甲酸乙二醇酯为前驱体的碳点制备及其应用

针对纺织废弃物的急剧增加以及随之带来的环境污染和石油资源枯竭问题,以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和磷酸氢二铵为原料,采用热解法制备了性能优异的磷氮元素掺杂PET基碳点.探究了PET基碳点的最优制备工艺及其形貌结构、化学结构和荧光性能等,探索了其在荧光防伪等方面的应用.得到最优制备工艺为:PET低聚物质量为5 g,磷酸...     

莲子衍生氮掺杂碳的制备及其电催化氧还原反应性能

燃料电池和锌空气电池因具有清洁、高效等优点而被研究者们广泛研究。目前,Pt/C催化剂不耐甲醇且价格高。所以燃料电池和锌空气电池的商业化受到严重限制。来源广和催化ORR活性高的氮掺杂碳材料开始被关注,因此发展氮掺杂碳材料催化剂具有现实意义。通过热解莲子和氯化铵的复合物,制备了氮掺杂碳材料(pNC),并测试了其在碱性溶液中的电催化性能。最重要的是,pNC稳定性和抗甲醇性能均明显优于Pt/C。pNC作为阴极电催化剂所组装的锌空气电池也表现出了优异的电池性能。     

秸秆基气凝胶制备工艺与网络结构研究

二氧化硅气凝胶因其优异的性质被广泛应用于各行各业,而农作物秸秆中也含有二氧化硅,若用其制备成秸秆基气凝胶,则可以将农作物秸秆变废为宝,提高其附加值,也有利于气凝胶产业的发展。本文以稻秸秆中的二氧化硅为硅源,通过真空冷冻干燥法制备二氧化硅气凝胶,并对其微观形貌、密度、孔隙率以及孔结构进行分析,评价秸秆基气凝胶的结构特性,并探讨较佳的制备工艺条件。结果表明:稻秸秆可以成功制备得到性能优异的二氧化硅气凝胶。较佳的工艺条件是秸秆基水玻璃和去离子水比例为1∶10,凝胶体系p H值为7,并在真空度为20Pa的条件下真空冷冻干燥24小时。得到的气凝胶振实密度为0.2 g/cm~3,孔隙率在90%左右,吸附量最大可达230cm~3/g,孔比表面积为154m~2/g,平均孔径为17nm。     

纤维素纳米纤丝基水凝胶及其在废水处理中的应用进展

纤维素纳米纤丝(CNF)作为一种来源丰富的可再生纳米材料,具有优异的机械性能、高比表面积及化学可修饰性等优点,采用物理或化学交联所制备的CNF基水凝胶具有较好的机械性能和溶胀率等,在工业废水处理领域具有良好的应用前景。本文主要介绍了纯CNF水凝胶和CNF纳米复合水凝胶的相应制备方法及性能,同时也介绍了其在工业废水中对染料或重金属离子吸附方面的应用进展,最后指出了CNF基水凝胶在废水处理应用中存在的问题及未来主要研究方向。     

多孔钙/油茶果壳碳复合材料的结构表征及吸附性能北大核心CSCD

为促进油茶全产业链的发展,以粉碎的油茶果壳为原料,通过浸渍吸附钙离子及原位沉淀技术在油茶果壳生长片状的碳酸钙,然后在高温煅烧条件下得到碳负载的氧化钙复合材料,进一步利用硝酸部分刻蚀负载的氧化钙获得多孔钙/油茶果壳碳复合材料。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、BET分析仪等对所合成的复合材料及制备过程中的样品进行表征分析,并研究其对亚甲基蓝染料的吸附性能。结果表明,所制备的多孔钙/油茶果壳碳复合材料表面具有疏松多孔结构,比表面积高达118 m^(2)/g,对水体中亚甲基蓝具有优异的吸附性能,且在900℃煅烧处理条件下获得的复合材料吸附性能最好。综上,可为开发高性能的油茶果壳碳材料提供新颖的思路。