生物质基碳气凝胶制备及应用研究

生物质材料成本低廉、碳源丰富,是碳气凝胶制备中最经济、环保和可持续性的原料。生物质基碳气凝胶展现出密度低、弹性高、比表面积大和导电性好等优异特性,有望广泛应用于电化学储能器件和吸附净化等领域。综述了生物质基碳气凝胶,如纤维素碳气凝胶、木质素基碳气凝胶、生物质衍生物基碳气凝胶以及碳气凝胶复合结构材料的制备工艺,总结了生物质基碳气凝胶在吸附和电化学等领域的应用研究。最后,分析了大规模制备结构均一和性能优良的生物质基碳气凝胶面临的机遇与挑战。     

KOH活化碳气凝胶对水中亚甲基蓝的吸附性能研究

以间苯二酚和甲醛为原料水热制备有机气凝胶,在碳化过程中使用KOH作活化剂制备出孔结构丰富的碳气凝胶。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及N2吸脱附法等手段对材料的结构及形貌表征,考察了活化剂用量、染料初始浓度、接触时间等因素对亚甲基蓝在碳气凝胶上吸附的影响,并进行了吸附类型和吸附动力学研究。结果表明:活化剂的加入使碳气凝胶材料的孔结构更加丰富,当活化剂与有机气凝胶的质量比达到2∶1时,其吸附性能最佳。碳气凝胶去除亚甲基蓝的吸附行为符合二级动力学模型。吸附类型为Langmuir吸附模型。     

海藻酸钠-碳材料复合凝胶吸附水中污染物的研究进展

海藻酸钠的亲水性和其凝胶的三维网状结构赋予海藻酸钠水凝胶良好的吸附性能,成为处理水中污染物的理想吸附材料。碳材料如石墨烯、碳纳米管等因其具有较高的比表面积,常用于污染物的吸附,与海藻酸钠复合可进一步改善和丰富海藻酸钠凝胶的性能。针对海藻酸钠-碳材料复合凝胶吸附水中污染物的研究现状,以氧化石墨烯、碳纳米管和活性炭这3种碳材料为主线,简单总结了海藻酸钠-碳材料复合凝胶吸附水中污染物的研究进展,并提出需要解决的若干问题。     

基于木质素分子结构特性的功能材料研究进展

木质素是自然界中储量最大的可再生芳香生物质资源,其大分子是由苯丙烷结构单元(愈创木基、紫丁香基和对羟基苯基)通过醚键和碳-碳键连接聚合而成,具有天然的生物活性、亲疏水性、纳米尺度的可调节性、分子结构设计的灵活性以及生物相容性等特点。围绕木质素的分子结构特性,重点综述了近年来国内外在木质素功能材料方面的研究成果与进展。首先从木质素化学组成和分布等角度探讨了木质素的分子结构特性;然后从基于原生木质素结构特点的直接功能应用、基于木质素分子结构调控的材料创制和应用以及基于木质素碳材料的开发和应用三个方面出发,系统讨论了木质素功能材料的研究现状和亟需突破的瓶颈;最后,简述了木质素在其他领域的应用进展,并展望了木质素功能应用工作中的重点以及未来的发展方向。     

碳气凝胶及其复合材料的环境应用研究进展

碳气凝胶是一类密度极低且具有丰富多孔结构的新型材料。国内外学者围绕碳气凝胶及其复合材料的设计制备和环境应用开展了大量的研究工作。梳理总结了碳气凝胶及其复合材料应用于环境治理的最新进展,包括吸附去除污染物、油水分离和催化降解污染物,阐述了碳气凝胶及其复合材料组成、结构和性能之间的关系,分析材料对不同污染物的吸附、吸收和降解机制,梳理总结了现有材料的优缺点。未来研究的重点方向包括：进一步优选低成本的有机固体废弃物作为制备材料的碳源,发展低成本、规模化的材料制备方法;定向调控材料组成、结构和活性位点进而提升其性能和可循环性;结合全面的经济技术分析和环境影响评价,将碳气凝胶及其复合材料推广应用到大气、土壤和水体污染的修复。     

气凝胶吸油材料的研究进展

油类污染给水质带来了严重的破坏,其治理方式一直是国内外的研究热点。燃烧、微生物降解、吸附法等常被用在油类污染的治理中,其中吸附法在吸附油类时因成本低、效率高、易于回收处理,同时对环境没有负面影响,引起了研究者的广泛关注。对于传统的吸附材料,如木棉纤维、谷物秸秆等天然有机吸附剂吸油能力低、亲水性差;硅藻土和沸石等无机吸附剂表现出较差的可浮性和缓慢的动力学;吸油树脂、聚丙烯纤维等合成有机吸附剂是非生物降解的。因此,迫切需要开发具有优良的选择吸附性、高吸附能力、适当的可回收性的吸附剂。与传统的吸附材料相比,气凝胶用于油类污染物的吸附具有质量轻、吸附量大、高选择吸附性等优点,成为近年来的研究热点。具有吸油性能的气凝胶主要包括二氧化硅气凝胶、生物质气凝胶、碳气凝胶和石墨烯气凝胶。上述四种气凝胶吸油材料各有优缺点,二氧化硅气凝胶成本低,但其吸附量远低于其他类别的气凝胶。生物质气凝胶来源广、环境友好,但机械强度低、易碎。碳气凝胶具有化学惰性,不易被污染,但是设备和工艺复杂,且有些原料有毒。石墨烯气凝胶的吸附量最大,但是高成本限制了其大规模使用。研究人员通过不同材料间的复合、原料的选择和工艺的简化,推进了气凝胶在实际油污处理中的应用。本文总结了各类气凝胶在吸油方面的研究进展,介绍了气凝胶的改性制备过程和吸油性能研究,对比了有机/无机硅基气凝胶和石墨烯气凝胶对油类的吸附性能与吸附动力学,并对气凝胶吸油材料未来的发展方向进行了展望。     

碳气凝胶的制备及其电除盐性能的研究

在常压条件下通过溶胶-凝胶法和碳化、活化工艺制备碳气凝胶材料.用SEM和BET比表面积测量等手段对材料的表面形貌和微观结构进行分析表征,通过循环伏安法对材料的电化学性能进行研究.联系材料的微观结构和电化学性能,对碳气凝胶的电除盐过程和除盐机理进行了研究和分析,发现碳气凝胶是一种具有很大应用潜力的多孔电极吸附材料.     

木质素解聚转化及其在高分子材料中的应用

木质素是自然界中除纤维素外第二大生物质资源,由于其高分子结构中含有丰富的芳环结构及活性含氧基团(如酚羟基等),因此通过解聚生产化工原料和化学品可以部分替代化石能源,有利于缓解能源危机。由于木质素总体利用率较低,如何通过化学方法将其转化为高附加值的化学品是实现木质素高价值化和资源化利用的重要途径之一。综述了木质素解聚转化方法,阐述了催化剂设计,归纳了木质素制备高分子材料的应用优势,提出了木质素磺酸盐通过水滑石催化解聚制取小分子化合物,并以其为原料制备绿色粘合剂的新工艺,并对木质素解聚转化利用的发展方向进行了展望,为木质素高值化和资源化利用提供了理论基础。     

功能化木质素在高分子材料中的应用研究进展

木质素是自然界中含量第二大的天然三维网状的高分子聚合物。以制浆造纸废料或生物质炼制中的工业木质素为原料,制备出具有特殊功能的高附加值材料,实现木质素的高效优化利用,这对解决化石资源日趋紧缺及环境污染等问题具有重要意义。文中首先评价了木质素作为功能性材料的潜在反应特性与应用潜力,介绍了国内外木质素基功能材料的最新研究进展,详细总结了木质素基功能材料在聚氨酯、聚酯、环氧树脂、酚醛树脂、电极储能、碳纤维、纳米粒子以及其他方面的不同制备工艺,评述了木质素微观结构及制备工艺对材料结构特性和应用性能的影响。     

复合型碳气凝胶在应变传感器中的应用进展EI北大核心CSCD

碳气凝胶是一种具有三维多尺度结构的新型轻质多孔材料,其特点是高比表面积、高孔隙率、低密度、高耐热和导电性。当前,碳气凝胶在应变传感器、超级电容器、电磁屏蔽、吸波材料、隔热防火、高效吸附等领域有广泛的应用研究。文中介绍了碳气凝胶的制备方法,包括溶剂热还原法、冷冻干燥法以及模板法;综述了几种复合型碳气凝胶在应变传感器上的应用;对复合型碳气凝胶制备应变传感器的发展方向进行了展望。     

功能性生物质基碳素新材料

较为系统地综述了以生物质为原料制备功能性生物质基碳素新材料的方法及其应用的研究进展.着重介绍了干法碳化和湿法碳化制备生物质基碳材料,并阐述了生物质基碳材料在吸附、陶瓷化、电磁屏蔽和吸波、电化学储能(锂离子电池和电化学电容器)及光催化等领域的应用.提出了生物质基碳素新材料今后的研究方向,展望了其发展前景.     

木质素基新型多功能材料研究进展

木质素具有功能基团丰富、生物相容性好、毒性低、含碳量高等优点，是制备功能复合材料的理想前驱体。木质素基复合材料通常具有环保、低成本等优点，广泛应用于储能、环保、电子器件等领域。综述了近年国内外木质素基复合功能材料和木质素基碳材料的最新研究进展，提出了当前面临的挑战和未来的发展方向，对木质素的开发利用和木质素基材料的应用前景进行了展望。     

木质素在聚合物材料中应用的研究进展

木质素是植物界仅次于纤维素的第二大生物质资源,也是植物类资源中唯一含有芳香结构的天然高分子聚合物。木质素分子结构中存在芳香基、酚羟基和醇羟基等活性基团,可以发生水解、醇解、磺化、烷基化、缩聚或接枝共聚等多种化学反应,这为木质素在聚合物材料中的应用提供了技术基础。文中以弹性体、软硬质泡沫、胶黏剂及涂料为例,综述了木质素在上述聚合物产品制备与改性中应用的最新研究进展,探讨了利用木质素制备改性聚合物产品过程中存在的挑战和潜在的解决方案,展望了木质素在未来聚合物材料中应用的研究方向。     

基于纳米材料的气凝胶制备及应用

气凝胶是一种三维多孔材料,具有孔隙率高、比表面积大、密度低等特性。以纳米材料构筑气凝胶可进一步调控孔隙结构、改善机械强度,同时还能赋予气凝胶高导电性、低热导率、高吸附性和隔音吸声等特性,在储能、保温隔热、吸附材料等领域有重要的应用。重点对近年以纳米颗粒、纳米纤维素、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯等不同形态纳米材料构筑的气凝胶的制备、结构、性能和应用进行了综述,同时展望了气凝胶的发展前景与方向。     

SiO2气凝胶吸附剂在环境污水净化领域的研究进展

开发新型环境净化材料为解决当前环境污染问题和实现可持续发展提供了一个新的可行性方案。近年来,SiO₂气凝胶由于具有独特的三维纳米多孔结构,在隔热保温、油水分离、吸附催化等领域具有极大的应用价值。在吸附应用方面,SiO₂气凝胶因其固有的高孔隙率、轻量化、高吸附作用和表面易改性的特点,成为一种极具潜力的新型环境净化材料。然而纯的SiO₂气凝胶的吸附性能源于高孔隙结构毛细管作用,而不能对吸附质实现针对性吸收。得益于SiO₂气凝胶表面丰富的羟基,使其拥有进一步可表面改性的能力,这是其最大的优势。对SiO₂气凝胶进行表面功能化结构设计可实现针对污染物分子的选择性和特异性吸附。本文首先介绍了SiO₂气凝胶的特性及吸附机理,然后根据吸附对象的不同分类,主要从含油污水分离净化、有毒工业污水处理两个污染治理应用方面介绍了SiO₂气凝胶及其复合材料在水体污染物吸附消除方向的研究发展现状,着重讨论了功能化基团对污染物吸附作用的影响,总结了SiO_2...     

木质素基碳纤维制备的研究进展

木质素在自然界中储量丰富,并且可再生、碳含量高,将其应用于碳纤维的制备有着无可比拟的成本优势。简要介绍了木质素基碳纤维的发展进程,详述了硫酸盐木质素、有机溶剂型木质素和蒸汽爆破木质素的来源、结构差异及其碳纤维制备工艺过程进展,通过对比得出硫酸盐木质素是制备低成本碳纤维的最佳木质素原料,同时指出了木质素制备碳纤维的未来研究方向,旨在为木质素制备碳纤维的研究者提供参考。     

磁性多孔碳材料的研究进展

磁性多孔碳材料同时具有磁性和多孔性质,其拥有丰富的孔道结构、高的比表面积、高孔容、良好的活性位点和磁性可分离等优异的性能,可以很好的解决多孔碳材料在应用过程中难分离回收等问题,因此,磁性多孔碳材料已经在吸附领域得到广泛的应用.按照孔径大小、磁性强弱以及组合方式的不同将磁性多孔碳材料进行了分类,并综述了近年来磁性多孔碳材...     

木质素基碳纤维的制备及应用研究现状

碳纤维具有低密度、高模量等一系列优异性能,具有广泛的应用领域。木质素作为一种丰富的可再生资源在自然界中的含量仅次于纤维素,碳含量高达60%以上,是一种新型的制备碳纤维的理想原料。文中根据纺丝工艺的不同,从前驱体溶液、纺丝参数、预氧化和碳化工艺角度,分别阐述并讨论了木质素基碳纤维的多种制备方法,包括熔融纺丝、湿法纺丝、凝胶纺丝及静电纺丝。并介绍了木质素基碳纤维的应用领域,为今后研究者高效利用木质素资源提供参考。     

纤维素碳气凝胶的制备、性质及应用

纤维素碳气凝胶是一种新型多孔碳材料，具有比表面积高、亲油疏水、回弹性高、导电性优异等优点，在吸附、电化学、电磁屏蔽、传感器、催化剂载体、智能穿戴等领域具有广阔的应用前景。首先介绍了纤维素的性质及种类，阐述了纤维素碳气凝胶的制备流程如溶胶-凝胶、干燥成型、碳化、活化等工艺过程，总结了纤维素碳气凝胶的独特性质，介绍了现有的应用研究成果，最后提出了纤维素基碳气凝胶未来发展的挑战与趋势。     

蛋白质凝胶的结构表征和应用研究进展

蛋白质凝胶作为一种原料来源丰富并可生物降解的高分子材料受到人们的关注.在蛋白质凝胶形成机理的基础上,介绍了力学性能表征、热分析、电泳、波谱和显微镜等方法在蛋白质凝胶结构研究方面的应用,并综述了国内外蛋白质凝胶在吸水凝胶、智能凝胶及组织工程方面的应用,指出了蛋白质凝胶研究中存在的问题及发展方向.