掺杂钛炭气凝胶电极的制备及电吸附脱盐性能的研究

以间苯二酚、甲醛、钛酸丁酯为原料,分别采用乙醇、异丙醇和水作为溶剂,通过溶胶-凝胶、超临界干燥、高温炭化制备掺杂钛炭气凝胶。通过XRD和TEM分析表明,以乙醇为溶剂可以制备出均匀掺杂锐钛矿晶型的TiO2纳米粒子的炭气凝胶。将制得的掺杂钛炭气凝胶电极应用于电吸附模块进行电吸附脱盐实验,考察了掺杂钛量、电压、溶液浓度对电吸附的影响,以及掺杂钛炭气凝胶电极的循环再生性能。结果表明掺杂TiO2可以极大地抑制物理吸附和提高电吸附量,掺杂20%TiO2的炭气凝胶单位电吸附量是不掺杂TiO2时的4.5倍,其总吸附量接近11mg/g,是一种理想的电吸附电极材料。在1.5V电压下溶液浓度的提高可以提高吸附量,并且经过12次吸附再生过程后掺杂钛炭气凝胶电极的电吸附性能仍然保持稳定,可循环再生性能良好。     

炭气凝胶力学性能增强方法研究进展

炭气凝胶是一类衍生自有机气凝胶的新型多孔炭材料,兼具传统气凝胶低密度、高孔隙率、高比表面积及低热导率等优异特性,以及炭材料耐酸碱、惰性气氛下耐超高温以及良好导电性等一系列优点,在超高温隔热、电化学、吸附、储氢等领域具有广阔的应用前景.然而,纯炭气凝胶质脆易碎、强韧性较差,极大地限制了其工程实际应用.本文首先从炭气凝胶骨架强化出发,介绍了通过优化制备工艺、聚合物交联及构建多重网络骨架结构来实现炭气凝胶力学性能增强的研究进展,然后从增强体复合强化出发,论述了通过添加纤维和碳纳米材料实现炭气凝胶增强、增韧的研究进展,最后提出了其未来可能的发展方向.     

炭气凝胶电极电吸附脱盐性能的研究

以间苯二酚和甲醛为原料,通过溶胶-凝胶反应、超临界干燥、炭化等工艺合成制备出炭气凝胶,对炭气凝胶的微观结构进行了表征,并研究了炭气凝胶电极在不同电压和在不同浓度NaCl溶液中的电吸附性能。实验结果表明炭气凝胶电极具有很高的吸附效率,在20min内基本达到吸附平衡。随着外加电压的加大,处理溶液浓度的升高,炭气凝胶电极吸附平衡时间减小,单位吸附量增加,吸附单元内电流增加。     

酚醛-糠醛基炭气凝胶对NaCl溶液的电吸附行为

以酚醛-糠醛基炭气凝胶为电极,用恒电位仪提供直流电压,在静态电吸附装置进行了NaCl溶液电吸附试验。考察了NaCl溶液浓度、炭气凝胶电极厚度及施加的电位等因素对电吸附的影响。研究表明,随着NaCl溶液浓度的增加,电吸附量明显增加。在低浓度下,微孔的“电场交叠效应”非常显著。0.6V~2.0V范围的电吸附试验表明,电位在1.5V以下电吸附量随电位改变异常显著,1.5V以后变化趋缓。炭气凝胶电极厚度在0.5nm~1.5mm范围增加时,电吸附量呈现单调减少的趋势。在电压为1.2V厚度为0.5mm时,其电吸附量达到12.7mg/gCA。理想的电吸附电极应富含中孔并尽可能降低电极厚度。     

炭气凝胶结构的形成和控制

炭气凝胶是一种新型的多孔炭材料,具有可调控的独特的孔结构和良好的导电性,可应用于超级电容器、高效吸附材料、催化剂载体等.本文研究了酚醛基炭气凝胶纳米结构的形成过程和控制方法.炭气凝胶的孔结构主要取决于其前驱体--有机气凝胶.有机气凝胶结构源于溶胶-凝胶聚合中的微相分离过程,相分离经历了从成核--生长--亚稳分解的过渡,在成核--生长区停留时间的长短决定了气凝胶的骨架结构和孔结构.微相分离过程受到酚醛团簇的化学结构和溶剂环境的影响,通过调控酚醛团簇的化学结构和溶胶-凝胶聚合的溶剂环境,可以实现有机气凝胶的纳米结构调控,结合干燥和炭化控制,可以实现炭气凝胶结构的有效调控.     

炭气凝胶及其研究进展

经溶胶－凝胶、超临界干燥和炭化过程制备的炭气凝胶是一种新型轻质纳米级多孔无定形炭素材料，具有许多优异性能和广阔应用前景。本文综述了气凝胶的发展概况，总结了炭气凝胶的制备方法、性能及用途，分析了目前存在的问题和发展前景。     

生物质基炭气凝胶复合材料在超级电容器中应用的研究进展

生物质基炭气凝胶环境友好、成本低廉,不仅具有稳定性高、导电性好、比表面积大和孔隙结构可调节的特点,还兼具力学性能稳定、弹性好的优势,是制备复合材料的一种优良基底材料。近年来,研究人员利用生物质基炭气凝胶的这些特点,通过负载理论比电容较高的金属化合物、导电聚合物和导电性能良好、力学性能稳定的石墨烯等材料以及掺杂杂原子的方法开发了一系列复合材料,并将其应用在超级电容器中,取得了一定的进展。本文综述了生物质基炭气凝胶复合过渡金属化合物、导电聚合物、石墨烯以及掺杂杂原子的方法,分析了不同制备方法的优势与弊端,总结了不同种类的生物质基炭气凝胶复合材料在超级电容器领域的应用,最后针对生物质基炭气凝胶复合材料的制备及在超级电容器应用中所面临的问题,对未来发展趋势进行了展望。     

炭气凝胶为电极的超级电容器电化学性能的研究

炭气凝胶电极的电化学测试表明,炭气凝胶具有性能稳定、充放电效率高、适合于大电流充放电等优良性能.炭气凝胶储电的影响因素主要来自于比表面积、孔容和孔结构分布的综合作用.孔容较大,平均孔径较宽时,储电能力较大,且大孔容对电极材料储电是相当有利的.在高比表面积活性炭中添加不同比例的炭气凝胶,可以提高电极的比电容,炭气凝胶含量为15％时,电极比电容最高.     

炭材料用作电吸附剂的研究与进展

电吸附剂的研究是开发电吸附技术的关键环节之一。通过评述石墨、颗粒活性炭、活性炭纤维和炭气凝胶四种炭材料作为电吸附剂的研究与进展，不难看出：炭材料的确是一种很有优势和前景的电吸附剂材料．它在去除有机污染物和无机盐(离子)方面都显示了巨大的潜力。因此在开发研究电吸附技术的进程中，不断开发多种炭材料电吸附剂是十分重要而又非常必要的。     

AEP作用下溶胶-凝胶法制备纤维素基炭气凝胶及其对水溶液中Cu2+吸附性能

以微晶纤维素为前驱物, 在表面活性剂异辛醇聚氧乙烯醚磷酸酯(AEP)作用下进行溶胶-凝胶反应, 经过真空冷冻干燥后得到纤维素气凝胶, 再在600℃惰性气氛中碳化反应制备成炭气凝胶。通过扫描电镜、BET比表面测定和红外光谱表征制备的炭气凝胶孔隙结构及表面官能团, 并采用静态吸附法考察了炭气凝胶对水溶液中铜离子的吸附性能。结果表明, 溶胶-凝胶反应中的AEP能够有效调节和改进制备的炭气溶胶孔隙结构及其吸附性能。添加2%的AEP得到的纤维素凝胶制备炭气凝胶CCA₂孔隙结构发达、均匀, 具有655.4 m²/g的比表面积和0.73 cm³/g的孔容, 对水溶液中Cu²⁺的吸附容量最大可达到86.27 mg/g, 吸附等温线符合Langmiur模型, 吸附过程遵循准二级动力学方程。     

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。     

Superhydrophobic functionalized graphene aerogels

Carbon-based nanomaterials such as carbon nanotubes and graphene are excellent candidates for superhydrophobic surfaces because of their intrinsically high surface area and nonpolar carbon structure. This paper demonstrates that graphene aerogels with a silane surface modification can provide superhydrophobicity. Graphene aerogels of various concentrations were synthesized and the receding contact angle of a water droplet was measured. It is shown that graphene aerogels are hydrophobic and become superhydrophobic following the application of a fluorinated surfactant. The aerogels produced for this experiment outperform previous carbon nanomaterials in creating superhydrophobic surfaces and offer a more scalable synthetic procedure for production.     

Superelastic Hard Carbon Nanofiber Aerogels

Superelastic carbon aerogels have been widely explored by graphitic carbons and soft carbons. These soft aerogels usually have delicate microstructures with good fatigue resistance but ultralow strength. Hard carbon aerogels show great advantages in mechanical strength and structural stability due to the sp³‐C‐induced turbostratic “house‐of‐cards” structure. However, it is still a challenge to fabricate superelastic hard carbon‐based aerogels. Through rational nanofibrous structural design, the traditional rigid phenolic resin can be converted into superelastic hard carbon aerogels. The hard carbon nanofibers and abundant welded junctions endow the hard carbon aerogels with robust and stable mechanical performance, including superelasticity, high strength, extremely fast recovery speed (860 mm s^?1), low energy‐loss coefficient (<0.16), long cycle lifespan, and heat/cold‐endurance. These emerging hard carbon nanofiber aerogels hold a great promise in the application of piezoresistive stress sensors with high stability and wide detection range (50 kPa), as well as stretchable or bendable conductors.     

A short review of activated carbon assisted electrosorption process: An overview, current stage and future prospects

Stepping into the new globalizes and paradigm shifted era, a huge revolution has been undergone by the electrochemical industry. From a humble candidate of the superconductor resources, today electrosorption has demonstrated its wide variety of usefulness, almost in every part of the environmental conservation. With the renaissance of activated carbon (AC), there has been a steadily growing interest in this research field. The paper presents a state of art review of electrosorption technology, its background studies, fundamental chemistry and working principles. Moreover, recent development of the activated carbon assisted electrosorption process, its major challenges together with the future expectation are summarized and discussed. Conclusively, the expanding of electrosorption in the field of adsorption science represents a potentially viable and powerful tool, leading to the superior improvement of pollution control and environmental preservation.     

利用离子液体制备无机气凝胶的研究进展

气凝胶具有三维纳米多孔网络结构,独特的结构使它具有低密度、高比表面积和高孔隙率等性质以及低热导率、低介电常数和低声传播速率等性能,在隔热、介电、隔声、催化、吸附等领域具有广阔的应用前景.然而,溶剂-凝胶法作为目前制备气凝胶最成熟、应用最广的技术,需要使用大量的有机溶剂,严苛而危险的超临界干燥工艺进一步推高了成本,限制了气凝胶的大规模工业化生产和应用,因此,降低成本和在常压干燥条件下制备高比表面积的块状气凝胶是气凝胶产业急需解决的问题.离子液体被称为21世纪的绿色溶剂,具有低蒸气压、低表面张力、高催化性和高溶解性等特殊性质.离子液体与气凝胶材料的发展几乎同步,但直到2000年两种材料才产生交集.离子液体作为模板剂具有微观结构导向作用,使纳米孔结构均一化,其不挥发性和低表面张力保证了老化和常压干燥过程中纳米孔结构不会因毛细管力而坍塌破坏,另外其催化作用可以缩短凝胶时间.因此,离子液体为常压干燥合成气凝胶提供了新的工艺路线.目前,有关借助离子液体制备 SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、SiO2-TiO2复合气凝胶、炭气凝胶等无机气凝胶的探索均已展开,其中制备 SiO2气凝胶的研究最多,涉及工艺、微观结构、掺杂和应用等方面.通过常压干燥可获得比表面积高达677 m2/g 的块状气凝胶,通过选用不同的离子液体还可以控制纳米孔的微观形貌,所得 SiO2气凝胶产物在电化学、生物、吸附等领域有较高的应用潜力.利用离子液体替代有机溶剂可以使得到的TiO2气凝胶不经煅烧即含有锐钛矿相,通过金属原子 Ag、Fe、Ge等掺杂改性,可进一步提高锐钛矿相的结晶度,提升其光催化性能.利用离子液体制得的 SiO2-TiO2复合气凝胶具有一定强度和良好的光催化活性.此外,除在传统的溶胶-凝胶法中用作模板剂或催化剂外,离子液体还可作为新型的炭源用于制备炭气凝胶,即通过熔盐法高温炭化裂解离子液体"自上而下"直接制备.这种方法可以制备杂原子在原子水平上均匀分布的功能化炭气凝胶,无需制备有机气凝胶前驱物,极大缩短制备周期,并且炭气凝胶产物的比表面积相对更高,得到了科研界的广泛关注.     

耐高温氧化铝气凝胶隔热复合材料研究进展

氧化铝气凝胶是一种高孔隙率、低密度、高比表面积、耐高温和低热导的纳米多孔材料, 在高温隔热领域(如航天飞行器热防护系统、工业窑炉保温材料等)具有广阔的应用前景。但是, 纯氧化铝气凝胶因耐温性(1000 ℃以上)、力学性能和高温隔热性能相对较差难以直接应用, 需要引入增强相和遮光组分制备成气凝胶复合材料以进行改善。本文对耐高温氧化铝气凝胶的制备、氧化铝气凝胶隔热复合材料的制备及性能等方面的最新研究进展进行了综述。研究人员通过原位掺杂改性、沉积改性、有机链和炭涂层改性等方法提高了氧化铝气凝胶的热稳定性。在氧化铝气凝胶中引入晶须、颗粒、多孔骨架和纤维等增强相, 能够大幅提高其力学性能; 纤维和遮光剂的协同作用, 能够提高氧化铝气凝胶抑制红外辐射的能力, 显著降低高温热导率。本文还提出了后续的研究方向：对氧化铝气凝胶的密度、微观结构进行精细调控, 再引入合适的异质元素和遮光剂,以进一步提高气凝胶的热稳定性和复合材料的隔热性能;深入研究复合材料在高温下结构和性能的演化, 以及氧化铝气凝胶和增强相之间的相互作用。作为一种新型的隔热材料, 氧化铝气凝胶复合材料将在高温隔热领域发挥其优势并逐步实现广泛应用。     

Preparation and characterisation of CNF/MWCNT carbon aerogel as efficient adsorbents

In recent years, carbon aerogels have attracted much attention in basic research and as potential applications in many fields. Herein, the authors report a novel approach using bamboo powder as raw material to fabricate cellulose nanofibers (CNFs)/multi‐walled carbon nanotubes (MWCNTs) carbon aerogels by a simple dipping and carbonisation process. The developed material exhibits many exciting properties including low density (0.056 g cm⁻³), high porosity (95%), efficient capability for separation of oily droplets from water, and high adsorption capacity for a variety of oils and organic solvents by up to 110 times its own weight. Furthermore, the CNF/MWCNT carbon aerogels (CMCA) can be recycled many times by distillation and combustion, satisfying the requirements of practical oil‐water separation. Taken together with its economical, environmentally benign manufacturing process, sustainability of the precursor and versatility of material, the CMCA developed in this study will be a promising candidate for addressing the problems arising from the spills of oily compounds.Inspec keywords: aerogels, adsorption, nanofibres, filled polymers, nanocomposites, multi‐wall carbon nanotubes, porosity, drops, distillation, combustion, nanofabrication, polymer fibresOther keywords: CNF‐MWCNT carbon aerogel, adsorbents, bamboo powder, cellulose nanofibers, multiwalled carbon nanotubes, dipping, carbonisation, density, porosity, oily droplets, adsorption capacity, organic solvents, distillation, combustion, practical oil‐water separation, manufacturing process, sustainability, C