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。     

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.     

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。     

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。     

气凝胶纳米材料的研究进展

气凝胶材料是一种具有低密度、高孔隙率、高比表面积、低折射率、低介电常数等特性的纳米多孔材料,在航空航天、石油化工、环境处理、建筑保温、能量储存与转化等领域具有广泛的应用价值。重点介绍了国内外二氧化硅基气凝胶和有机气凝胶的组成、结构、制备和性能方面所取得的突破性进展,其中二氧化硅基气凝胶主要从耐高温气凝胶、疏水气凝胶和低成本气凝胶3方面进行论述,有机气凝胶主要包括聚合物基有机气凝胶和生物质基有机气凝胶。综述了气凝胶材料在绝热和吸附领域的最新研究和应用,最后对气凝胶材料未来的发展方向进行了展望。     

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。     

SiO2气凝胶/壳聚糖复合药物载体材料的制备和表征

采用常压干燥法制备了SiO2气凝胶,所得气凝胶为介孔结构,比表面积618.8m2/g,孔径分布5～20nm.以SiO2气凝胶为原料,通过静电吸附法制备了SiO2气凝胶/壳聚糖复合药物载体材料,采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)等对复合材料的结构形貌进行了分析,研究了复合材料对硫酸庆大霉素药物的担载和释放性能.结果表明,所得SiO2气凝胶/壳聚糖复合材料为多孔网络结构,其中,由450℃处理的SiO2气凝胶制得的气凝胶/壳聚糖复合材料对硫酸庆大霉素具有较好的药物担载和缓释性能.     

石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶材料的制备及其吸附性能研究

目的以石墨烯量子点为填充材料,纤维素为基体,制备石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶。方法以原生木浆纤维为原料,氯化锌溶液为溶剂来溶解纤维素,以无水硫酸钠为成孔剂,石墨烯量子点为填充材料,经水洗固化、低温冷冻干燥制备纤维素气凝胶复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、吸附实验等研究气凝胶的微观结构和对甲基蓝的吸附性能。结果制备的气凝胶材料具有三维多孔结构,大孔较多,密度低,纤维素气凝胶的密度为0.113 g/cm^3,吸附率为5.85%;复合气凝胶的密度为0.116 g/cm^3,吸附率为11.22%。结论石墨烯量子点的加入改善了纤维素气凝胶对甲基蓝的吸附效果。     

SiO2气凝胶@聚合物复合材料的制备方法及性能研究进展

SiO₂气凝胶@聚合物复合材料融合了SiO₂气凝胶纳米多孔、低热导、耐高温特性及聚合物柔韧、高强特性，可在微观尺度形成独特的有机无机互渗透结构，既克服了SiO₂气凝胶脆性大、强度低的固有缺陷，也增强了聚合物的隔热、耐高温、阻燃、疏水等功能，从而可用于需求高强、高韧、高效绝热、耐高温、阻燃、防火、超疏水等多种复合功能的应用场景，是当前气凝胶新材料领域的研究热点。本文从SiO₂气凝胶@聚合物复合材料的制备方法、组成与微观结构、物理化学性能三个角度综述了当前领域最新研究进展，涵盖了环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚苯乙烯等常见聚合物体系，归纳总结了“共混法”“共前驱体法”“气凝胶或聚合物原位生长法”三种典型制备途径，分别从组成与结构、力学性能、热学性能、阻燃性能、疏水性能等方面，阐述了气凝胶@聚合物复合材料的结构与性能特点，分析了制备方法及气凝胶掺量等因素对复合材料体系结构与性能的影响规律。在此基础上，梳理了SiO₂气凝胶@聚合物复合材料当前研究存在的问题及未来可能的发展方向。     

有机-无机复合气凝胶的制备及其阻燃性能研究进展

以有机高分子材料为基体,复合无机填料制备的气凝胶复合材料具有超轻、绝热、阻燃等优异特性,可广泛应用在建筑节能保温、电子工业、航空航天等领域。本文报道了有机-无机气凝胶复合材料的制备工艺过程和方法,对比了现有气凝胶材料制备方法的优缺点,并综述了当前研究热点的几种常见气凝胶复合材料:聚乙烯醇类、纤维素类、海藻酸盐类、果胶类有机相复合无机组份气凝胶材料的研究进展。总结了气凝胶复合材料的未来发展方向:亟需在气凝胶材料的机械性能优化方面做出改进,还需提高气凝胶复合材料耐水性能,研究无机填料对不同基体气凝胶阻燃等性能的影响规律,拓展生物质可降解高分子基气凝胶复合材料的种类,实现气凝胶材料的工业化应用。      

超级电容器MnO2/CRF复合电极材料的制备及性能的研究

以间苯二酚(R)和甲醛(F)为原料,碳酸钠(C)为催化剂,制备碳气凝胶(CRF),并以KMnO4和Mn(CH3COO)2·4H2O为原料,采用了化学沉淀法制备MnO2/CRF复合材料.用N2吸附、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对所制备的MnO2、CRF和MnO2/CRF复合材料进行了表征,结果表明碳气凝胶具有珍珠串式的无序多孔网络结构,所制备的MnO2为纳米级颗粒,复合材料为纳米级粉体.并对不同配比的MnO2/CRF复合材料的电化学性能进行了研究.循环伏安、恒流充放电实验表明了所制备的MnO2/CRF复合电极材料具有良好的可逆性和充放电性能.当MnO2含量为60%时,MnO2与碳气凝胶复合制成的新型电极材料具有226.3F/g的比电容,比碳气凝胶电极的比电容提高了1倍.此外,对复合电极的循环寿命进行了研究,表明复合电极具有良好的循环充放电性能.     

铁氧体及其复合材料去除水体中有机污染物的研究进展

铁氧体及其复合材料由于各方面的优异性能,在多种领域已得到广泛应用。介绍了尖晶石型铁氧体、碳负载铁氧体复合材料以及其他铁氧体复合材料的研究进展,重点阐述了它们在降解有机污染物方面的进展;同时,对铁氧体去除水体中有机污染物的吸附机理、光催化氧化机理和非均相Fenton降解机理进行了举例说明。     

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...     

氮化碳基纳米复合材料在重金属去除方面研究进展

石墨相氮化碳材料作为一种重要的二维层状材料, 在光催化、能源存储和环境污染治理等领域引起了广泛关注。氮化碳基复合材料以其稳定的物理化学性质、低成本和环境友好等特点成为不同领域的研究热点。在过去几年中, 氮化碳及其氮化碳基复合材料的制备、性质表征和不同领域应用取得了重要进展。本文总结了近几年氮化碳基复合材料的制备及掺杂和功能化研究, 及其在重金属离子废水中的去除应用, 以及不同研究方法对吸附机理的分析。最后还总结了氮化碳基材料在未来研究和应用中面临的主要问题、挑战和机遇。     

二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备与应用

介绍了二氧化硅(SiO2)气凝胶的结构特点及隔热性能;对二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法及其应用前景进行总结并作了适当的评述;探讨了该领域今后的研究方向。     

氮化碳基纳米复合材料在重金属去除方面研究进展（英文）

石墨相氮化碳材料作为一种重要的二维层状材料,在光催化、能源存储和环境污染治理等领域引起了广泛关注。氮化碳基复合材料以其稳定的物理化学性质、低成本和环境友好等特点成为不同领域的研究热点。在过去几年中,氮化碳及其氮化碳基复合材料的制备、性质表征和不同领域应用取得了重要进展。本文总结了近几年氮化碳基复合材料的制备及掺杂和功能化研究,及其在重金属离子废水中的去除应用,以及不同研究方法对吸附机理的分析。最后还总结了氮化碳基材料在未来研究和应用中面临的主要问题、挑战和机遇。     

柔性气凝胶材料的制备及应用研究进展

气凝胶是一种纳米级多孔固体材料,具有高比表面积、极高的孔隙率、极低的密度、极低的热导率等优点,但也存在脆性高、柔韧性差的问题。近年来,具有良好压缩回弹特性和抗弯折性能的柔性气凝胶克服了传统气凝胶柔韧性差的缺点,受到研究人员的广泛关注。本文首先概括了柔性气凝胶的种类,根据气凝胶材料组成成分的不同,将其分为氧化硅柔性气凝胶、碳基柔性气凝胶、生物质柔性气凝胶和纤维质柔性气凝胶;然后,系统总结了柔性气凝胶常用的制备方法,如溶胶-凝胶、老化、干燥等工艺,对比分析了不同制备工艺生产的气凝胶在性能上的差异;此外,介绍了柔性气凝胶在环保、光学、生物医学、柔性电子传感器以及航空航天等领域的应用;最后对柔性气凝胶的发展做了总结和展望。     

木质素在吸附材料领域中的应用研究进展

木质素作为一种储量丰富、廉价可再生的生物质资源,广泛存在于植物类纤维原料中。木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接而成的三维网络状芳香族高聚物,结构中含有丰富的醇羟基、酚羟基、羧基和甲氧基等功能性基团,可通过改性或与其他材料复合,是一类极具潜质的功能性高分子,可应用于油田、煤炭、建材、农业、医药等行业,尤其在吸附材料领域中的应用逐渐成为实现木质素高值化利用的途径之一。介绍了以木质素为原料制备吸附材料,包括多孔碳、水凝胶、气凝胶以及木质素基复合材料等,综述了木质素吸附材料在处理染料、重金属离子、气体等方面的应用研究进展,并就木质素吸附材料的未来研究工作进行了展望。     

耐高温二氧化硅气凝胶复合材料制备及其导热研究

以二氧化硅溶胶为前驱体,利用树脂转移模塑成型(Resin transfer molding,RTM)工艺制备了二氧化硅气凝胶复合材料.对制备的气凝胶复合材料进行了结构表征;对气凝胶复合材料的隔热性能和耐高温性能进行了试验考核,结果显示,20 mm厚材料经过900℃、1000 s的石英灯考核后背温为186℃,材料经过1100℃、1000 s的马弗炉试验后线收缩率为1.2％,该气凝胶复合材料具有优良的隔热性能和耐高温性能.研究了温度对气凝胶复合材料导热的影响,结果表明,气凝胶复合材料的导热系数随温度的升高逐渐增大,900℃导热系数为室温的5倍.研究了气体环境对气凝胶复合材料导热的影响,发现氮气环境下气凝胶复合材料的导热系数随温度的变化与空气环境基本相同.