碳纳米管-石墨烯气凝胶制备及其对水中乳化油的吸附特性

以改进的Hummers-Offeman法制备出的氧化石墨(GO)与羧基化多壁碳纳米管(CNTs—COOH)为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为交联剂,乙二胺(EDA)为还原剂,水热还原法制得羧基碳纳米管-石墨烯复合气凝胶(CGA)。调整GO与CNTs—COOH的质量比获得密度在8.40~14.42 mg·cm~(-3)之间的气凝胶,并确定在GO:CNTs—COOH=3:1(质量)时得到的气凝胶的机械强度最优。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对所制备的CGA进行表征,得知GO与CNTs—COOH已成功还原组装成多孔状三维气凝胶结构。以水中乳化柴油作为研究对象,考察CGA样品在不同温度下对乳化柴油的吸附特性。结果表明,CGA的吸附量在前6 min迅速上升,在30 min左右达到吸附平衡,且平衡吸附量随温度升高而增加。吸附过程遵循准二级动力学模型,体系表观活化能为7.10 k J·mol~(-1)。利用颗粒内扩散模型分析得出,CGA对乳化油的吸附分为外表面吸附过程和内部孔道吸附过程(内部大孔道吸附、中孔道和微孔道内扩散3个阶段)。     

石墨烯气凝胶的制备及其对水中油分的吸附特性

以改性Hummers法制备出的氧化石墨（GO）为原料,乙二胺（EDA）为交联剂,通过液相化学交联法制备出以石墨烯为主体的多孔网状气凝胶（EGA）。利用电子扫描电镜（SEM）、电子透射电镜（TEM）及选区电子衍射（SAED）对其进行表征。以水中柴油为研究对象,考察所制EGA样品对水中柴油的吸附脱除效果。结果表明,石墨烯气凝胶对柴油的吸附量在前5 min上升迅速,在30 min左右达到吸附平衡。吸附过程遵循准二级动力学模型,且吸附速率随温度的升高而增加,体系的表观活化能E_a=23.94 kJ·mol^-1。颗粒内扩散模型拟合结果表明,EGA对水中柴油的吸附分为表面孔道吸附、气凝胶内部孔道扩散以及石墨烯片层间小孔道扩散。石墨烯气凝胶对柴油的吸附等温线与Freundlich模型较为吻合。     

石墨烯气凝胶的制备及其对水中油分的吸附特性

以改性Hummers法制备出的氧化石墨(GO)为原料,乙二胺(EDA)为交联剂,通过液相化学交联法制备出以石墨烯为主体的多孔网状气凝胶(EGA)。利用电子扫描电镜(SEM)、电子透射电镜(TEM)及选区电子衍射(SAED)对其进行表征。以水中柴油为研究对象,考察所制EGA样品对水中柴油的吸附脱除效果。结果表明,石墨烯气凝胶对柴油的吸附量在前5 min上升迅速,在30 min左右达到吸附平衡。吸附过程遵循准二级动力学模型,且吸附速率随温度的升高而增加,体系的表观活化能E_a=23.94 k J·mol~(-1)。颗粒内扩散模型拟合结果表明,EGA对水中柴油的吸附分为表面孔道吸附、气凝胶内部孔道扩散以及石墨烯片层间小孔道扩散。石墨烯气凝胶对柴油的吸附等温线与Freundlich模型较为吻合。     

羧基化改性纤维素凝胶球的制备和表征

以微晶纤维素为原料,利用NaOH/尿素体系对微晶纤维素进行溶解,得到再生纤维素溶液。采用滴定悬浮的方法制备纤维素水凝胶球,采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基（TEMPO）/NaBr/NaClO选择性氧化体系对纤维素水凝胶球进行氧化处理,获得羧基化改性纤维素水凝胶球,冷冻干燥得到羧基化改性纤维素气凝胶球。研究结果表明：羧基化改性纤维素水凝胶球的含水量为95.64%,吸附4h,亚甲基蓝的吸附量达到6.97mg/g。对羧基化改性纤维素气凝胶球进行傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和扫描电子显微镜（SEM）表征分析,在1600cm^-1处出现了CO的伸缩振动峰,TEMPO的选择性氧化对样品起到羧基化改性作用,羧基化改性纤维素气凝胶增加了球形气凝胶的表面通透性,内部仍呈现网络结构,羧基化改性纤维素气凝胶球的密度为0.038g/cm³。     

甘蔗渣纤维素基碳气凝胶的制备及吸附性能研究

通过对甘蔗渣进行碱/酸处理提取甘蔗渣纤维素,采用氢氧化钠/脲溶液将纤维素溶解,并通过在水中再生、冷冻干燥及在不同温度下碳化,制备具有优异疏水吸油性能的甘蔗渣纤维素基碳气凝胶。采用扫描电镜（SEM）、红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、BET法比表面积、水接触角（WCA）等测试方法对制备的甘蔗渣纤维素基碳气凝胶进行分析表征,并进行不同油类和有机溶剂的吸附、解吸实验。结果表明,制备的甘蔗渣纤维素基碳气凝胶拥有不规则的片-孔式网络状三维结构,具有轻质、高疏水、高比表面积等特性。高温碳化不仅可以改善碳气凝胶的轻质抗压性能、比表面积和孔径,还可以增强其疏水性及吸附性能。当碳化温度为800 ℃时,制备的CA-2-800表现出较好的轻质性（密度为33.4 mg/cm³）、高疏水性（水接触角为136°）和高比表面积（468.24 m²/g）。CA-2-800对柴油、汽油、泵油、正己烷、甲苯、三氯甲烷具有较好的吸附能力（20.2~66.3 g/g）。吸附动力学研究表明,CA-2-800在30 s内对汽油、柴油均能达到吸附平衡,且对三氯甲烷进行10次吸附-解吸循环吸附实验仍保留97%的吸附性能。     

多壁碳纳米管/二氧化硅纳米复合材料的制备及其吸油性能

以羧化多壁碳纳米管为基体、纳米硅溶胶粒为增强相,通过一步液相共混方法制备多壁碳纳米管/二氧化硅纳米复合材料。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、电子扫描电镜（SEM）、热重（TGA）、孔结构分析（BET/BJH）对其进行了表征。以水中柴油为研究对象考察了该样品对水中柴油的吸附脱除效果,并与纳米二氧化硅胶粒、原生碳纳米管以及活性炭进行对比。结果表明：硅溶胶粒表面修饰后的多壁碳纳米管的聚团行为得以改善,而且材料具有微孔-介孔双孔道结构。对水中直馏柴油的去除率高达97.79%,并于1 h达到吸附平衡。整个吸附过程遵循准二级动力学模型,吸附体系的表观活化能为11.37 kJ·mol^-1,吸附等温线与Freundlich模型较为吻合,吸附效果明显强于其他3种吸附剂。     

软模板法石墨烯气凝胶的可控制备及其吸油性能

以环己烷为油相,氧化石墨烯（GO）为稳定剂,采用Pickering乳液法制备石墨烯气凝胶,利用电子显微镜对Pickering乳液进行表征,利用扫描电镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、X射线衍射（XRD）对制得的石墨烯气凝胶进行表征。对比Pickering乳液的液滴大小与气凝胶的孔径大小可知,通过软模板法实现了对气凝胶的孔径控制,通过控制均质机的转速来调控气凝胶的孔径大小,当均质机转速分别为10000r/min、12000r/min和15000r/min时,所得石墨烯气凝胶的孔径分别为45μm、35μm和30μm左右,通过调节油水比实现了气凝胶的密度与孔隙率的控制,油水比越大,所得气凝胶的密度越小,孔隙率越大,通过延长还原时间可增强石墨烯气凝胶的机械性能。将所得气凝胶用于油品的吸附,可快速吸附水上浮油及水底重油,而且几乎不吸附水;对同一油品而言,气凝胶的吸附能力与其制备时的油水比呈正相关,采用挤压的方式实现石墨烯气凝胶的循环利用,经过10次循环再生后气凝胶的吸附能力仅有15%的损失。     

含硫改性壳聚糖气凝胶的合成及对Cu2+吸附的研究

以壳聚糖和二硫代二丙酸二甲酯为原料,通过乙酰化改性,成功制备了壳聚糖衍生物。然后以壳聚糖/壳聚糖衍生物为原料,过硫酸钾为引发剂,N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,合成了壳聚糖气凝胶/壳聚糖衍生物气凝胶。通过红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和热重分析（TG）研究了壳聚糖/壳聚糖衍生物的结构性能;同时采用扫描电镜（SEM）对壳聚糖气凝胶/壳聚糖衍生物气凝胶的形貌进行了表征;并且探究了壳聚糖气凝胶/壳聚糖衍生物气凝胶对Cu²⁺的静态吸附实验。FT-IR结果表明壳聚糖衍生物被成功地合成;XRD和TG分析表明相较于壳聚糖,壳聚糖衍生物的结晶度和热稳定性均降低;SEM显示衍生物气凝胶的孔的数量增多。吸附实验结果表明壳聚糖衍生物气凝胶的吸附性能有了较大提高;在25℃,吸附剂添加量50.0mg且Cu²⁺溶液初始质量浓度100mg/L,pH值5时,壳聚糖衍生物气凝胶在60min时达到吸附平衡,最大吸附量为48.26mg/g,比未改性的壳聚糖气凝胶的吸附量提高了63.37%。     

水热法制备三维导电石墨烯气凝胶及其焦耳热性能研究

采用水热法将氧化石墨烯（GO）组装成三维圆柱状结构,通过冷冻干燥和高温热还原法成功制备三维导电的还原氧化石墨烯气凝胶。该气凝胶内部的高度交联和多孔道网状结构为电子传输提供有效路径,利于系统的焦耳热研究。结果表明,通过对其进行电流加热,石墨烯气凝胶表现出高功率-温度线性相关性、高电热转换效率、超快升温和降温速率、长时间且稳定的循环加热能力。通过不同模型验证了气凝胶内部可进行焦耳热传导,其高电导率主要由材料自身较低的活化能所决定。石墨烯气凝胶超高的热导率赋予其超快的自然降温速率（456 K?min^-1）,远高于传统的热传导加热装置。此外,所制备的气凝胶还可被广泛应用于焦耳热辅助的催化剂温度可控的载体。     

羟甲基化木质素/纤维素气凝胶粒子的制备、表征及吸附性能

以羟甲基化木质素和纤维素为原料,NaOH/尿素水溶液为溶解体系,采用冷冻干燥法制备羟甲基化木质素/纤维素气凝胶粒子。采用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）仪、X射线衍射（XRD）仪、比表面积及孔径分析仪等对其结构进行了表征。研究结果表明：羟甲基化木质素分子通过氢键作用附着在纤维素骨架上,气凝胶内部仍保持三维网状结构,羟甲基化木质素的引入使得气凝胶表面出现明显收缩,网状结构的致密度随着羟甲基化木质素用量提高而逐渐降低;同时气凝胶粒子具有纤维素Ⅱ型红外吸收峰和XRD衍射峰;粒子表现出Ⅱ型吸附/脱附等温线,孔径均在15 nm以下,且随着羟甲基化木质素用量不断提高,比表面积、孔容均有所减小,HKL-4的比表面积为105.3m²/g,孔容为0.336 6cm³/g,孔径为13.67nm。吸附性能分析表明在25℃下吸附5 h,HKL-4气凝胶粒子对金胺O、亚甲基蓝和罗丹明B的吸附量分别为33.06、96.06和43.26mg/g,对亚甲基蓝的饱和吸附量可达208.7 mg/g,吸附过程更符合Langmuir等温吸附模型,主要为单分子层吸附。     

Adsorption equilibrium of citric acid from supercritical carbon dioxide/ethanol on cyano column

Supercritical adsorption equilibrium has a significant role in defining supercritical adsorption behavior. In this paper, the adsorption equilibrium of citric acid from supercritical CO2/ethanol on a cyano column was systemat-ical y investigated with the elution by characteristic point method. Equilibrium loading was obtained at 313.15 K and 321.15 K with supercritical CO2/ethanol densities varying from 0.7068 g·cm?3 to 0.8019 g·cm?3. The exper-imental results showed that the adsorption capacity of citric acid decreased with increasing temperature and in-creasing density of the supercritical CO2/ethanol mobile phase. The adsorption equilibrium data were fitted wel by the Quadratic Hill isotherm model and the isotherms showed anti-Langmuir behavior. The monolayer satura-tion adsorption capacity of citric acid is in the range of 44.54 mg·cm?3 to 64.66 mg·cm?3 with an average value of 56.86 mg·cm?3.     

聚酰胺接枝纤维素的合成及对金属离子的吸附性能

以葡萄秸秆为原料提取纤维素,以环氧树脂为交联剂,将聚酰胺交联到纤维素上制得聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂。测定聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂对Co2+和Fe2+的吸附性能,并研究环氧树脂用量、反应温度和吸附平衡时间对吸附性能的影响。结果表明,当反应温度25℃、吸附平衡时间60 min和m(聚酰胺)∶m(葡萄纤维素)∶m(环氧树脂)=2∶1∶1.5时,制备的聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂的吸附性能最好。聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂对Co2+和Fe2+的吸附均在60 min后达到平衡,Fe2+和Co2+的最大吸附容量分别为22.40 mg·g-1和16.82 mg·g-1。     

干法制备高中孔率生物质成型活性炭

以锯末为原料,氯化锌为活化剂,不添加黏结剂,采用干法混合后直接成型活化制备高中孔率生物质成型活性炭。为考察这种工艺的可行性,通过单因素实验,以亚甲基蓝吸附值为评价指标,考察了盐料比、活化温度、活化时间与成型密度对生物质成型活性炭吸附性能的影响,得出较优工艺条件为:盐料比1.0:1,活化温度950℃,活化时间为60min,成型密度为1.4g·cm^-3。在此工艺条件下制备得到的生物质成型活性炭,其亚甲基蓝吸附值为387mg·g^-1,BET比表面积为2104m²·g^-1,平均孔径为3.11nm,总孔容为1.63cm³·g^-1,中孔孔容为1.17cm³·g^-1,中孔率高达71.8%,初步证明了干法制备高中孔率生物质成型活性炭工艺的可行性。     

酚醛气凝胶/碳纤维复合材料的结构调控及性能研究

以酚醛树脂为前体、碳纤维针刺预制体为增强体,采用溶胶-凝胶、常压干燥方法制备得到纳米孔酚醛气凝胶/碳纤维复合材料。在不改变材料密度的条件下,通过调节固化剂的用量来调控酚醛气凝胶的纳米颗粒尺寸及孔隙结构,改变气凝胶颗粒在碳纤维针刺预制体中的填充状态,制备出不同微观结构的复合材料。研究表明：随着固化剂用量的减少,气凝胶的颗粒粒径逐渐变小,平均孔径在230 nm~5μm范围内可调;与碳纤维复合后,随着气凝胶颗粒的减小,复合材料的力学性能逐渐提升、热导率逐渐降低、烧蚀性能明显提高。优化后的PAC复合材料具有极低的密度（0.27 g·cm^-3）、高弯曲强度（8.9 MPa）、较低的热导率（0.065 W·m^-1·K^-1）;在2000℃、30 s的中等热流烧蚀条件下,质量烧蚀率为0.0081 g·s^-1、线烧蚀率为0.0204 mm·s^-1。通过调控材料的纳米结构,能够有效地提升材料的力学、隔热以及烧蚀性能,满足高性能热防护应用需求。     

海胆状Fe3O4@TiO2磁性纳米介质对Pb2+的选择吸附特性

耦合溶胶-凝胶技术与水热法,制备具有核壳结构的海胆状Fe₃O₄@TiO₂磁性纳米介质（sea urchin magnetic nanoparticles,SUMNPs）。采用TEM、SEM等方法对SUMNPs的形貌等性质进行表征,证实该材料呈现出以Fe₃O₄为核,以TiO₂为壳的海胆状结构,壳层直径约400 nm,比表面积高达236.082 m²·g^-1,表面孔径约6.274 nm。SUMNPs对重金属离子选择吸附的结果表明,基于Pb²⁺离子半径大、电子层数多等物化特点,在Pb²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺ 5种金属离子混合体系中,SUMNPs可以高容量、高选择性快速吸附Pb²⁺,而对其他4种重金属离子几乎无吸附活性。单一Pb²⁺吸附可在5 min内快速平衡,平衡吸附容量为283 mg·g^-1。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型,SUMNPs对Pb²⁺的最大饱和吸附容量为458.72 mg·g^-1。经EDTA二钠解吸,NaOH再生后的SUNMPs可以重复使用8次以上。SUMNPs对Pb²⁺具备优异的选择性吸附性能,在处理水体铅污染、恢复水体生态领域具有良好的应用前景。     

磁性三乙烯四胺氧化石墨烯对Cu2+的吸附行为

为了提高氧化石墨烯(GO)的吸附能力和分离效果,采用恒温搅拌法和水热法制备磁性三乙烯四胺氧化石墨烯(M-T-GO)复合吸附剂。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和透射电镜(TEM)测试方法对其进行表征,并对M-T-GO对Cu²⁺的pH、吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学进行研究。结果表明,M-T-GO对Cu²⁺的吸附符合二级反应动力学和Langmuir吸附等温式描述,吸附反应为自发吸热过程,饱和吸附量为245.09 mg·g^-1,同时具有快速分离和易再生的优点。采用X射线光电子能谱(XPS)推测M-T-GO对Cu²⁺的吸附机理,结果表明M-T-GO主要通过螯合作用和静电引力对Cu²⁺进行吸附。     

Adsorption equilibrium for Z-ligustilide on C18-bonded silica from supercritical carbon dioxide

Adsorption equilibrium is of great importance for the preparative supercritical fluid chromatography(pre-SFC) in defining supercritical adsorption behavior and the industrial amplification.This paper presents adsorption isotherms of Z-ligustilide from supercritical carbon dioxide(SC-CO_2) on C18-bonded silica.Adsorption behavior was studied at 305.15 K,313.15 K and 323.15 K with SC-CO_2 density varying from 0.687 g·cm~(-3) to0.863 g·cm~(-3) with the elution by characteristic points(ECP) method.The adsorption amount of Z-ligustilide from SC-CO_2 on C18-bonded silica decreased with the increasing density of the mobile phase as well as the increasing temperature.Adsorption equilibrium data were fitted by Langmuir and Freundlich isotherm models,and the Langmuir isotherm model performed better for describing the whole adsorption process on the column.The monolayer saturation adsorption capacity of Z-ligustilide is in the range of 3.0 × 10~(-4) mg·cm~(-3) to5.5 × 10~(-4) mg·cm~(-3) with an average value of 4.0 × 10~(-4) mg·cm~(-3).