石墨烯/SiO2复合气凝胶微球的制备及其吸附性能研究

以硅溶胶为原料,通过W/O乳液法结合溶胶-凝胶过程制备SiO_2气凝胶微球。在硅溶胶中掺杂氧化石墨烯(GO),经过洗涤、溶剂替换、表面改性、真空干燥制备出掺杂量不同的氧化石墨烯/SiO_2复合气凝胶微球(GOS-CAMs),最后经高温处理得到石墨烯/SiO_2复合气凝胶微球(GS-CAMs)。经过堆密度、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜及傅里叶变换红外光谱等测试,选择GO掺杂量为0.4%(wt,质量分数,下同)的GS-CAMs,分别与石墨烯、SiO_2气凝胶微球进行对比,研究其在不同温度下对水溶液中不同浓度甲苯的吸附性能,并从吸附热力学、吸附动力学探讨其吸附机理。结果表明:掺杂量为0.4%的GO制备的GS-CAMs的综合性能最好,其松散堆密度为300kg/m~3,比表面积、平均孔径分别为328m~2/g、31.23nm;与纯SiO_2气凝胶微球相比,GS-CAMs的比表面积、孔径明显增加;GS-CAMs对不同温度下不同浓度甲苯水溶液的最大饱和吸附量为211mg/g,约为SiO_2气凝胶微球、石墨烯吸附量的1.2倍、1.6倍。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。     

石墨烯基气凝胶微球的研究进展

近年来,石墨烯基气凝胶(GAs)因其低密度、高比表面积及多孔结构等优异特性被广泛研究并在诸多应用领域内表现出极大的潜力.但是传统块状石墨烯基气凝胶往往具有设备依赖性强、材料尺寸大及量化生产性差等缺点,并且忽略了特定应用场景对材料形状尺寸的要求,从而限制了其实际应用与发展.石墨烯基气凝胶微球(GAMs)作为一种具有新颖结构的新型材料,不仅具有GAs的各种优势特征,而且具有灵活可控的尺寸及可量化生产能力等优点,大大丰富了GAMs的应用场景.本文将对GAMs的制备方法及其结构特征,以及在水污染处理、电磁波吸收、电催化等领域研究现状进行详细阐述,指出微球成形组装过程中的内在机制.     

水玻璃制备SiO2气凝胶微球的研究

为拓展SiO2气凝胶的应用范围和效率,弥补SiO2气凝胶微球制备技术中的不足,以水玻璃为硅源采用液滴成球工艺在单一油相中制备了直径为毫米级别的SiO2气凝胶微球,并研究了微球原始粒径和干燥工艺对其线性收缩率的影响,结果表明微球收缩率随原始粒径的减小而降低,干燥工艺不同收缩率也有差异.经三甲基氯硅烷(TMCS)表面改性后再超临界干燥的样品收缩率最小,射线衍射(XRD)和孔隙度分析仪对其测试表明为无定型结构,所有孔径均＜80nm,平均孔径为5.5nm,比表面积为181m2/g.     

SiO2气凝胶微球的雾化制备及表征

研究硅溶胶的雾化方法和形成油包水的乳化体系,在乳化体系中加入凝胶剂制备SiO2湿凝胶微球。制得的湿凝胶微球在常温常压下老化3d后用过滤的方法分离湿凝胶微球和油相;用正己烷清洗微球表面的油和杂质,用乙醇除去湿凝胶微球内部的水;最后,用超临界CO2的方法干燥湿凝胶微球得到SiO2气凝胶微球。研究结果表明,该方法最大的优点是可以大规模化制备气凝胶微球,制得的气凝胶微球直径<50μm,大部分集中在15～35μm之间。SiO2气凝胶微球具有明显的介孔材料特征,孔径为10nm左右,比表面积高达846.14m2/g,堆积密度约为221kg/m3。     

多糖/金属有机框架(MOFs)复合气凝胶的制备及应用进展

气凝胶材料是一类具有三维纳米结构的多孔材料,在航空航天、石油化工、环保工程、建筑工程、化学催化、医药卫生等领域表现出广泛的应用价值,自问世以来一直深受人们的关注.由纤维素、壳聚糖、海藻酸等多糖制备得到的气凝胶材料不仅能够保持传统气凝胶高孔隙率、大比表面积、低密度的特点,还具备了天然高分子可再生、可降解、生物兼容性好的优点,成为了当前的热门材料之一.金属有机框架(MOFs)是一类由金属节点以及有机配体通过配位作用组装形成的多孔框架材料,在吸附、催化、传感、载药等领域都表现出巨大的应用潜力.随着对材料应用功能、加工性能、循环使用性能等要求的提升,近年来人们对多糖/MOFs复合气凝胶材料的研究兴趣逐渐高涨.自2016年第一例纤维素纳米晶/MOFs复合气凝胶材料被报道以来,研究人员尝试了多种不同的多糖以及MOFs组合,制备了不同类型的多糖/MOFs复合气凝胶材料,并探索了它们在不同领域的应用.本文首先总结了多糖/MOFs复合气凝胶材料的三种常见制备策略:(1)将预先制备好的MOFs与多糖直接混合制备复合气凝胶;(2)在多糖分子表面原位生成MOFs之后再制备复合气凝胶;(3)在已制备好的多糖气凝胶中原位生成MOFs再制备复合气凝胶.通过相应的实例详细介绍了这些制备方法的特点,然后分别介绍了多糖/MOFs复合气凝胶材料在不同领域中的应用情况,最后针对当前该领域研究存在的不足以及面临的问题提出了解决方法并展望了未来可能的发展方向.     

Si02气凝胶微球的制备及表征

以正硅酸乙酯（TEOS）为先驱体制备硅溶胶,再以硅油为分散介质,在吐温80为乳化剂的油相与SiO2溶胶为水相的乳化体系中,应用雾化法和乳液成球技术制备微米级SiO2凝胶小球,然后,通过超临界CO2干燥技术制备微米级siO2气凝胶小球,用光学显微镜、SEM、红外光谱（FT—IR）及cBET技术对其表征,结果表明,微米及SiO2气凝胶小球表观粒径较为均匀,平均粒径约为30μm,密度为216kg／m2,平均孔径6．72nm,BET比表面积为802．35m2／g,孔体积为1．15cm3／g,是一种具有典型气凝胶结构的微粒状轻质纳米多孔材料。     

石墨烯/碳纳米管复合气凝胶制备及其光热蒸发性能评价

石墨烯作为一种二维碳基纳米材料,具有宽光吸收范围、高的比表面积、优异的导热导电性及机械性能,在光热转换应用方面具有良好前景。为进一步增强石墨烯的吸光性能,减少石墨烯片层间的团聚,引入一维的碳纳米管,采用简单的水热还原法制备了石墨烯/碳纳米管复合气凝胶三维光热材料,其比表面积显著增强、表面更加粗糙,且具有开放的微观孔道结构。扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)等表征发现,石墨烯与碳纳米管实现了有效复合。以紫外-可见-近红外分光光度计(UV-vis-NIR)对材料进行了光吸收能力评价,结果证明石墨烯/碳纳米管复合气凝胶在200～2 500 nm区间内吸光度可达92%。将复合气凝胶置于人工海水上进行光热蒸发评价,发现对人工海水的蒸发速率可达2.287 kg·m~(-2)·h~(-1),光热转换效率达96.88%,说明该石墨烯/碳纳米管复合气凝胶具有良好的光热转化性能,在海水淡化方面具有广阔的应用前景。     

石墨烯/卟啉复合气凝胶的制备与性能研究

石墨烯气凝胶既有石墨烯材料固有的柔性及优异的电学、力学性能,同时又具有高比表面积、低密度、大孔隙率等特点,其独特的三维结构有利于引入其他功能材料,从而赋予复合材料更为优异的性能。原卟啉分子具有高度共轭结构,并且与金属离子配位结合后可发挥催化功能。鉴于此,本工作利用原卟啉分子与石墨烯片层的π-π相互作用,在石墨烯气凝胶上组装一定浓度的原卟啉分子,从而制备了石墨烯/卟啉复合气凝胶材料。该方法工艺简单,容易操作。本工作分析了复合气凝胶材料的微观形貌和成分组成,研究了原卟啉分子的组装对石墨烯气凝胶导电性能的影响,以及石墨烯/卟啉复合气凝胶对硝酸根离子(NO₃^-)的检测作用。研究结果表明所制备的复合材料具有均匀的三维多孔结构,原卟啉分子的引入可以显著降低石墨烯气凝胶的电阻,而三维气凝胶结构可以有效地实现原卟啉与石墨烯的复合并实现对NO₃^-的灵敏检测。     

石墨烯基气凝胶的制备及应用进展

石墨烯基气凝胶(GAs)不仅具有超高的比表面积和孔隙率、高导电性、高比热容、低密度,而且还有优异的力学性能、稳定的化学性质,在超级电容器、催化剂载体、吸波材料等方面有广阔的应用。针对石墨烯基气凝胶的制备方法(如模板法、自组装法、3D打印法、溶胶-凝胶法等),以及在环境净化、能源及催化等领域的应用和GAs的发展前景进行了综述。     

三维多金属氧酸盐/石墨烯气凝胶作为高效可回收的油水分离吸收剂

三维石墨烯气凝胶具有可调控的孔结构、大的比表面积、优异的压缩性、弹性和润湿性,是一种高效的油水分离吸附剂.然而,三维石墨烯气凝胶的制备方法通常包括高温过程,导致高成本、能耗高和耗时长.本文以磷钼酸为交联剂和促进剂,水合肼为还原剂,在室温条件下同时将氧化石墨烯还原与自组装,制备出三维多孔的多金属氧酸盐复合石墨烯气凝胶(P...     

轻质可压缩壳聚糖/石墨烯复合气凝胶的制备与性能EI北大核心CSCD

以石墨烯气凝胶(GA)为骨架,向其浇注壳聚糖(CS)醋酸溶液制备出多重网络结构的壳聚糖/石墨烯复合气凝胶(CGA),并探究了气凝胶的微观结构与性能的关系。采用扫描电镜、红外光谱、比表面积分析、热常数分析以及压缩性能测试等方法详细表征了材料的结构和性能。研究发现,杂化气凝胶丰富发达的孔洞结构赋予了材料轻质低密度的特性;多重网络结构的构筑,使材料具有良好的回弹性;CS与GA在界面上交联,使杂化气凝胶的压缩强度由10.02 kPa提高到99.83 kPa,弹性模量由19.75 kPa增加至244.66 kPa。这种有机-无机多重网络结构的设计,提高了GA的可压缩性,解决了GA压缩易破碎的问题。     

石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料的制备及导电性能

以氧化石墨烯为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了石墨烯气凝胶（GA）,然后通过超声混合的方式将GA与环氧树脂（EP）复合,制备了GA/EP复合材料。利用扫描电镜、N₂吸附测试、X射线光电子能谱和X射线衍射对GA的结构进行了表征,并研究了添加不同质量分数的GA对GA/EP 复合材料的热性能和导电性能的影响。结果表明,GA具有丰富的孔结构,其骨架是由石墨烯无规则堆积在一起形成的三维网格结构。经过高温热还原处理后,GA的比表面积增加到731.84 m²·g^-1,组成其骨架的石墨烯的层间距缩小至0.347 nm,且绝大部分的含氧基团已经被除去。DMA和电导率测试结果表明,随着GA质量分数的增加,GA/EP复合材料的玻璃化转变温度呈现先升高后降低的变化趋势,而其电导率则呈现逐渐增加的趋势,逾渗阈值在0.05%~0.3%之间。     

有机气凝胶和碳气凝胶的研究与应用

有机气凝胶与碳气凝胶是国际上近年来相继研制成功的新型纳米多孔性材料。介绍了有机气凝胶与碳气凝胶的制备过程、基本性质及应用前景。     

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。     

Nafion改性多级孔径石墨烯气凝胶制备与性能研究

通过溶胶-凝胶法制备了孔径小于1 μm的多级孔径新型石墨烯气凝胶。制备过程中, 首先通过Nafion对氧化石墨烯(GO)表面进行化学修饰, 并利用乙二胺还原制备石墨烯水凝胶, 最终通过冷冻干燥形成石墨烯气凝胶。实验发现Nafion可以有效减少制备过程中氧化石墨烯的团聚, 使石墨烯气凝胶形成多级孔径形貌。所得石墨烯气凝胶的孔径可控制在1 μm以内, 远小于传统石墨烯气凝胶材料的孔径(20~100 μm)。这种具有独特结构的石墨烯气凝胶表现出优异的性能, 例如高比表面积, 高孔隙率, 其电化学电容性能相对传统气凝胶提高了约40%。     

多巴胺还原氧化石墨烯气凝胶的制备与吸附性能

石油和有机液体的泄漏对水体资源构成严重危害,带来不可挽回的经济损失。因此,高效的吸油及油水分离材料极具应用价值。以天然石墨为原料,通过Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)。将定量氧化石墨烯水溶液与多巴胺(DA)溶液进行混合,利用多巴胺在水中的自聚合以及还原性能,在常压、较低温度(95℃)下经水热反应制备了绿色无污染的多巴胺还原氧化石墨烯水凝胶,再经冷冻干燥得到结构完好的三维结构的多巴胺还原氧化石墨烯气凝胶(DGA)。通过Raman、XRD、SEM、接触角对其形貌结构进行了表征。研究了气凝胶对不同油品的吸附性能,其最大吸附量可达66~120 g/g,是一种良好的吸附材料。     

碳纳米管-石墨烯气凝胶的制备与性能

以混合均匀的碳纳米管(CNTs)-石墨烯(GR)分散液为前驱液,质量分数为3.0%的1788-聚乙烯醇(PVA)溶液为有机物黏结剂,通过冷冻干燥法制备了轻质、平整和易切削的CNTs-GR气凝胶。采用TEM、SEM、压缩试验机和比表面积测试仪等对样品的微观形貌结构和力学性能进行了表征。结果表明,CNTs-GR混合分散液的质量分数为3.0%、CNTs与GR的质量比为5∶3时,得到的气凝胶呈现不同尺寸等级的气孔且分布最均匀;PVA在气凝胶的形成中有效地抵抗样品收缩变形;固体物的质量与样品的密度严格线性负相关,满足y=-0.125x+106.26函数关系式;N2吸附脱附检测显示气凝胶的比表面积为138.77m2/g,介孔在气凝胶中占主导部分,平均孔直径为46.6nm,孔隙率可达97%;且样品的压缩过程出现了三个不同阶段的弹性变形,并能最终恢复到原始尺寸。     

高温热还原石墨烯气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽复合材料

以氧化石墨烯(GO)水分散液为原料采用简单的一步水热还原法制备了石墨烯水凝胶,通过定向冷冻和常规冷冻两种冷冻方法,冷冻干燥后制得了两种不同结构的石墨烯气凝胶,在不同温度下进行热退火处理,采用真空辅助浸渍回填法制备了不同结构热退火石墨烯气凝胶/环氧树脂复合材料.研究结果表明,在石墨烯含量仅为0.16％(质量分数)下,16...