泡沫炭在环境治理领域应用的研究进展

泡沫炭是一种新型炭素材料，它是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。相对于传统的多孔材料，泡沫炭因比表面积大、吸附性能优异、结构均匀、热稳定性好、强度高等优点而被用于吸附环境中的各种污染物。同时，在环境治理领域，泡沫炭还可负载各类功能性催化剂，构建吸附与特定功能间的协同效应，提高环境治理效率。泡沫炭具有整体式结构，其作为环境治理材料使用时可表现出良好的可回收性和重复利用性。综述了近年来泡沫炭作为吸附和载体材料在环境治理领域应用的研究进展，展望了泡沫炭未来的研究方向。     

泡沫炭的制备和性能

泡沫炭是一种开孔相连的轻质炭材料,其最大的特点是多样性和可设计性,具有成为新一代功能材料、结构材料的潜力.以美国橡树岭实验室所制备的泡沫炭为主线,综述了制备泡沫炭的主要方法及其性能,并展望了泡沫炭的应用.     

APP对PUI泡沫泡孔结构及燃烧后炭层结构的影响

以聚磷酸铵(Ammonium Phosphate,APP)为阻燃剂,采用PI(poly-imide)预聚法制备了APP阻燃聚氨酯-酰亚胺泡沫塑料。利用偏光显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、热重(TGA)观察分析了APP对泡沫泡孔结构、热稳定性和炭层形貌的影响。重点探讨了泡孔结构的变化对燃烧后的炭层形貌的影响,并模拟了炭层的形成过程。结果表明,随着APP添加量的增加,泡孔直径由540.39μm下降到277.83μm,泡沫密度增加;APP的加入使泡沫的残炭率增加了30%;泡孔的棱边和顶点分别炭化膨胀为炭层上的棒状炭层和球状炭层,而泡孔薄膜破裂成孔洞;并且随着APP添加量的增加,棒状炭层和球状炭层尺寸增加,孔洞变小。     

用超临界二氧化碳技术制备硅橡胶/碳纳米管/炭黑复合导电泡沫材料

以超临界二氧化碳为物理发泡剂,制备出一种具有良好导电性能的硅橡胶/碳纳米管/炭黑多相复合泡沫材料。系统研究了不同碳纳米管含量及不同加工参数对硅橡胶发泡行为和最终硅橡胶泡沫材料导电性能的影响。实验结果表明,碳纳米管和炭黑在硅橡胶基体中分散良好,无明显团聚体出现。均匀分散的碳纳米管能够提高发泡时的成核密度,从而得到具有较小泡孔尺寸和较高泡孔密度的泡沫材料。研究发现随着饱和温度升高,泡孔尺寸变大,泡孔合并现象明显;随饱和压力增加,泡孔尺寸变小,泡孔密度增加,泡孔合并现象减少。不同泡孔形态对应其导电性能也有所不同,当泡孔尺寸较小,泡孔分布均匀的泡沫材料导电性能较好。     

基于多阶压力控制的双峰泡孔聚合物发泡行为及性能

双峰泡孔聚合物材料是聚合物泡沫的一种特殊结构类型材料,近年来受到了业界的广泛研究和关注.在超临界流体辅助间歇发泡工艺中,发泡体系的压力控制是诱导双峰泡孔形核和长大的关键因素.基于此,本研究构建了一种多阶压力控制聚合物间歇发泡系统,制备了具有典型双峰泡孔结构的聚苯乙烯泡沫材料,研究了不同一阶压降、一阶压降保压时间、二阶压降等工艺参数对聚合物发泡行为的影响以及所制备材料的隔热性能.结果表明,在饱和温度为90℃及以上时,一阶压降3 MPa和8 MPa条件下均能形成良好的双峰泡孔结构;饱和温度的升高、一阶压降保压时间的延长可以促进大泡孔的生长,而对小泡孔无明显影响;双峰泡孔聚苯乙烯泡沫材料具有良好的隔热性能,对于所制备的最大发泡倍率为47.27的泡沫材料,其热导率仅为72 mW/(m·K).     

成孔方法对硅橡胶泡沫材料泡孔结构的影响

利用CT技术研究了通过溶析成孔法、化学发泡法和混合发泡法制得的硅橡胶泡沫材料的泡孔结构,并对影响泡孔结构的因素进行了分析。结果表明,成孔方法对硅橡胶泡沫材料的泡孔结构有重要影响,通过不同成孔方法可以获得不同泡孔结构的硅橡胶泡沫材料。     

以芳基乙炔为前驱体制备高强度炭泡沫(英文)

以硫酸为催化剂,芳基乙炔为前驱体,经聚合、正戊烷发泡、炭化获得了高强度炭泡沫。通过选择合适的制备条件,如:发泡剂的用量,催化剂的浓度及用量,以及匀泡剂吐温80的添加量,可以制得孔结构良好、韧带和接点光滑的炭泡沫。芳基乙炔聚合物泡沫炭化后高的残炭率(86%)和良好的孔结构赋予炭泡沫较高的机械强度;所制炭泡沫的耐压强度达到25.8MPa,强度/密度比为43.0MPa/(g.cm-3).     

超临界发泡制备泡沫炭及其泡孔形成机理

分别以中间相沥青和甲苯作碳质前驱体和发泡剂,采用超临界发泡技术制备出孔径为10~25μm的泡沫炭,并着重研究了超临界发泡条件对泡沫炭的孔形及韧带结构的影响。超临界发泡包括成核、扩散、聚集及膨胀过程,同时泡孔的形成也是热力学、动力学及力学行为综合作用的结果。由于中间相沥青中存在轻组分,超临界发泡过程伴随着自发泡过程,由此可获得层次孔结构的泡沫炭。     

中间相沥青基泡沫炭的气泡生长过程

以AR合成中间相沥青为原料,在不同的温度下发泡制得了泡沫炭.采用扫描电镜和光学显微镜等分析手段对中间相沥青基泡沫炭的气泡生长机理进行了初步研究,讨论了温度对泡孔结构的影响.结果表明,当温度从480℃升至540℃时,平均泡孔直径从500μm升到800μm.最初形成的泡沫在熔融沥青中分布不均匀,汇集在沥青的上表面;气泡在Z轴方向的形状是椭球形,在Z轴垂直方向为球形.中间相沥青基泡沫炭气孔的形状和泡沫的体积密度密切相关.形成的泡沫体在z轴方向存在明显的体积密度梯度.     

硅橡胶泡沫泡孔结构与压缩应力松弛性能的相关性研究

研究了氧化锌晶须对硅橡胶泡沫泡孔疏密程度以及其对材料力学性能的影响,研究了泡沫密度和混合泡孔结构对材料的压缩应力松弛性能的影响.结果表明:随氧化锌晶须用量的增加,泡孔疏密程度在增大,硅橡胶泡沫材料拉伸强度和扯断伸长率也在变大.在硅泡沫密度0.56~0.58g/cm3范围内,材料的压缩应力松弛性能最佳.在相对密度不变的情况下,具有混合泡孔结构的硅橡胶泡沫材料的压缩应力松弛性能更好.同时,对压缩应力松弛性能的历程进行了探索.