氧化纤维对纳米纤维素气凝胶微球的影响

采用TEMPO/NaBr/NaClO体系氧化全漂硫酸盐针叶浆制备纳米纤维素,并以纳米纤维素为基体制备纳米纤维素气凝胶微球。研究了纤维尺寸及纤维羧基含量大小对纳米纤维素气凝胶微球的影响。结果表明:羧基含量相同时,随着超声波处理氧化纤维的时间增加,纤维尺寸越小,制备得到的纳米纤维素气凝胶微球粒径越小;羧基含量不同时,羧基含量越高,纤维越容易被解离,且在相同的超声波处理时间条件下,得到的纤维尺寸较小,气凝胶微球颗粒越小。     

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。     

马来酸酐接枝纤维素超细纤维制备高容量可再生吸附剂

在静电纺丝制备出纤维素超细纤维（CSF）的基础上,利用马来酸酐（MAH）改性制备了新型羧基化吸附剂,接枝温度为100℃,时间为3h,MAH与CSF质量比为5：1,过氧化二苯甲酰（BPO）用量为7.5%时接枝效果最佳,取代基含量可达2.304mmol/g。通过SEM观察了纤维素超细纤维改性前后的形态分布和微观结构,通过酸碱滴定定量地测定了改性纤维素超细纤维（MAH-CSF）中的取代基含量,FTIR图谱分析定性地表明马来酸酐成功地接枝在了纤维素超细纤维上。从XRD和DSC谱图中得知MAH-CSF的晶型未发生变化但结晶度有所下降,马来酸酐改性提高了纤维素超细纤维的热稳定性。研究了CSF和MAH-CSF对亚甲基蓝的吸附性能,经马来酸酐改性后纤维素超细纤维对亚甲基蓝的吸附量从210mg/g提高到了306mg/g,这表明羧基化可极大地提高其对亚甲基蓝的吸附量。在低pH下,H⁺与亚甲基蓝间的竞染作用使得吸附剂的吸附量较小;随着吸附剂的去质子化,吸附量明显迅速增大;在pH大于5.5时吸附量增加趋势减缓。MAH-CSF与MB之间的离子交换作用使其具有更优良的吸附效果,吸附过程更适合用准二级动力学模型来描述。在超声波作用下吸附剂再生5次的吸附率达89%以上,这表明吸附剂具有很好的再生性。     

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。     

TEMPO及其衍生物制备纳米纤维素及其智能调节方法的研究进展

2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(TEMPO)共氧化剂体系被广泛应用于选择性氧化纤维素的C6位伯醇羟基。在氧化过程中,纤维素的聚合度大幅度降低,因此被应用于制备纳米纤维素。随着TEMPO/NaClO/NaBr氧化技术的发展成熟,TEMPO/NaClO/NaClO2和4-乙酰胺基-TEMPO/NaClO/NaClO2体系都得到了广泛关注。随着研究的深入,TEMPO及其衍生物氧化体系已经成为一种高效且全pH范围适用的选择性氧化体系。TEMPO/NaClO/NaBr氧化体系在pH范围9～11活性最高,TEMPO/NaClO/NaClO2体系能够应用于pH中性的条件下,4-乙酰胺基-TEMPO/NaClO/NaClO2体系一般的pH使用范围为3.5～6.8。传统的TEMPO氧化过程需要持续手动控制pH恒定,操作繁琐,可控性差,应用缓冲溶液可控制TEMPO氧化过程中pH在一定范围内恒定,从而实现了TEMPO氧化体系的智能控制。文章综述了TEMPO及其衍生物制备纳米纤维素及其智能调节方法的研究进展。     

氧化石墨烯对棉秆皮纤维素气凝胶球结构影响

采用超声分散法将纳米氧化石墨烯（GO）分散到二甲基亚砜中，再与棉秆皮微晶纤维素（MCC）和氯化1-丁基-3-甲基咪唑（BmimCl）溶解液混合，通过垂直悬滴法制备醇凝胶球，用超临界二氧化碳干燥法制备棉秆皮纤维素/氧化石墨烯（MCC-GO）气凝胶球。采用粒径分布软件和SEM、TG、FT-IR设备对材料的形貌结构进行表征。结果表明：当MCC占BmimCl质量百分比为3%时，纤维素醇凝胶球成型效果最好，平均粒径大小为2.78mm；随着GO占MCC质量百分比的增加，醇凝胶球的平均粒径变化不明显，均匀程度降低，确定系数R2由0.9985降低到0.8897；气凝胶球平均粒径随着GO质量分数的增加而先增大后减小，粒径均匀程度降低，确定系数R2由0.9915降低到0.6864，当GO质量分数为6%时，MCC-GO气凝胶球平均粒径最大为1.79mm，体积收缩率最小为57%；GO的添加增大了气凝胶内部孔隙，改变了孔结构，提高了MCC气凝胶球的热稳定性和吸附能力。     

NaOH/硫脲/尿素预处理对棉纤维TEMPO选择性氧化的影响

采用NaOH/硫脲/尿素体系对棉纤维进行预处理,再进行选择性氧化,可以有效提高氧化棉纤维的羧基生成量。对比研究预处理棉纤维与普通棉纤维经2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)选择性氧化后的羧基含量、纤维形态以及黏度。结果表明,经NaOH/硫脲/尿素体系预处理能够加快氧化反应速率,增加羧基生成量,但对纤维有一定的损伤。其中,羧基生成量随着纤维质量分数的增加呈先增加后减少的趋势,当纤维素质量分数为6%时,羧基生成量最大,棉纤维的可及度和反应性提高。纤维形态分析表明,经NaOH/硫脲/尿素体系预处理的棉纤维润胀溶解程度要大于未预处理的氧化棉纤维;在TEMPO的氧化条件下,氧化棉纤维的相对黏度随着纤维素质量分数增加而增加;当纤维素质量分数较高时,氧化过程中氧化棉纤维的羧基生成量和降解程度都近似于原纤维。     

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 kJ·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）。     

废纸纤维素/SiO2复合气凝胶的性能

对废纸纤维素进行处理，以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）作为硅源，制备纤维素/SiO₂复合水凝胶，经过冷冻干燥得到性能良好的纤维素/SiO₂复合气凝胶。利用扫描电镜（SEM）、接触角测量仪及热重分析（TGA）等对制得的气凝胶进行了表征测试。结果显示材料由大孔、介孔、微孔组成，最低密度为0.107 g/cm³，具有较好的疏水性能，静态疏水接触角可达148.5°，力学性能良好，可实现50%范围内压缩后100%恢复，材料具备良好的吸附性能，吸附油污可达到本身质量的12.7倍，热稳定性提高。在处理有机废水，尤其是水体油污方面有着广阔的应用前景。     

碱脲体系中纤维素基气凝胶的制备

利用环保的碱脲体系溶解棉短绒,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,通过溶胶-凝胶法、冷冻干燥制备纤维素基气凝胶。采用红外光谱表征气凝胶的化学结构,扫描电子显微镜观察气凝胶的内部微观结构,并考察其对亚甲基蓝的吸附性能。结果表明:低温碱脲溶解体系中制备的纤维素基气凝胶内部呈薄片状交织堆叠结构,具有多孔性。将纤维素基气凝胶用于吸附30 mg/L亚甲基蓝溶液时,气凝胶对亚甲基蓝的平衡吸附容量可达63.3 mg/g。     

毛竹纳米纤丝化纤维素/TiO2气凝胶的制备及表征

以钛酸四丁酯为原料,纳米纤丝化纤维素(NFC)为模板,制备NFC/TiO₂气凝胶。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、比表面积及孔径分析仪对其进行表征。结果表明:NFC/TiO₂气凝胶中NFC保留了其原有的空间网络结构;TiO₂主要以颗粒的形式附着在NFC表面;通过BET分析可知其比表面积为12.55 m²/g,平均孔径为17.07 nm。     

活性炭纤维氧化改性后的脱硫性能

为了将活性炭纤维（ACF）应用于空调领域实现新风的过滤优化以及提高吸附极性分子SO₂的效率,对ACF进行液相氧化改性制成了具有极性的折叠式复合体滤网,并进行了SEM、BET和FTIR分析;搭建了直流式系统实验台,选用甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法检测室外空气进入滤网前后SO₂的浓度,定量研究了在不同初始SO₂浓度下改性前后滤网的动态脱硫效率。结果表明：① ACF经HNO₃氧化改性处理后,表面微观结构有显著变化,比表面积、孔容、孔径分别由653.70m²/g、0.43cm³/g、2.64nm降低至488.84m²/g、0.32cm³/g、2.58nm,O—H和C—O的透射率分别由96%、95%降低至65.5%、75%,即表面酸性含氧官能团（羟基、羧基和醚基）含量增加;② 改性前后ACF对低浓度SO₂的平均动态脱硫效率分别为33%和75%,即改性后ACF的表面极性增强,滤网的动态脱硫效率提高了42%,应用于空调过滤网可有效改善室内空气品质。     

玉米秸秆全组分气凝胶的制备及其表征

以玉米秸秆为原料, 经溴化锂溶液溶解、叔丁醇溶液置换制备得到玉米秸秆全组分气凝胶, 利用单因素试验对制备条件进行优化, 并通过SEM、FT-IR、N₂吸附-脱附试验和光学接触角等手段表征气凝胶相关性能。研究结果表明: 不同工况下, 溴化锂溶解玉米秸秆形成凝胶的时间均不超过10 min, 在较优条件(溴化锂质量分数66%、反应温度130 ℃、固液比1∶45(g∶g)、反应时间50 min)下制备的玉米秸秆全组分气凝胶密度可低至0.027 4 g/cm³, 比表面积为98.43 m²/g, 并具有超亲水性和超亲油性, 对去离子水和大豆油的最大吸附倍率分别为15.04和18.78 g/g。SEM分析表明制备的全组分气凝胶具有二维片状和三维网络结构; FT-IR分析表明全组分气凝胶中含有纤维素、半纤维素和木质素成分, 纤维素中的氢键网络被破坏。     

硅酸钠模数对SiO2气凝胶结构和表面改性机制的影响

以粉煤灰为原料制备五种不同浓度的硅酸钠溶液,采用溶胶-凝胶法对硅酸钠溶液进行处理,在常压干燥条件下获得了疏水性SiO₂气凝胶。通过测试气凝胶的密度、比表面积和接触角,研究了硅酸钠溶液模数m对气凝胶结构的影响,阐述了气凝胶表面疏水改性的亲核取代S_N1化学反应机制。研究结果表明,气凝胶的疏水性能与其表面连接的硅甲基—Si—(CH₃)₃数目有直接关系,当硅酸钠模数m=2.50时,气凝胶的疏水性能最佳。气凝胶的密度和比表面积均随硅酸钠模数的增大而增大,当硅酸钠模数m=0.75时,气凝胶的密度和比表面积最小,其值分别为0.073 9 g/cm³和588.5 m²/g。     

Maximizing the yield of water-soluble cellouronic acid sodium salt with high carboxyl content by 4-acetamide-TEMPO mediated oxidation of parenchyma cellulose from bagasse pith

Parenchyma cellulose, isolated from bagasse pith BP, was utilized as an alternative resource for preparation of soluble cellouronic acid sodium salt (SCA) by selective oxidation with the catalytic amounts of 4-acetamide-TEMPO and NaClO, in which NaClO₂ was used as a primary oxidant in an aqueous condition. The yield and carboxyl content of SCA were measured as a function of NaClO₂ content, 4-acetamide-TEMPO loading, oxidation temperature, initial pH, and reaction time, and optimized by an orthogonal test with the objective of achieving a maximum yield with high carboxyl content. An optimal SCA yield of 71.0 % with 32.92 % carboxyl content was found under the conditions of NaClO₂ dosage of 16 mmol/g, 4-acetamide-TEMPO loading of 0.20 mmol/g, and oxidation temperature of 50 °C in acetate buffer at pH 5.5 for 72 h. The structure and morphology of both parenchyma cellulose and its oxidized product were further characterized by means of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectronic spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM). These techniques confirmed that parenchyma cellulose from bagasse pith was successively modified by an effective TEMPO-derivative-catalyzed oxidation process. The finding of this study might provide guidance in maximizing the yield of SCA from parenchyma cells utilizing the 4-acetamide-TEMPO/NaClO/NaClO₂ system. Considering the simple preparation process and favorable SCA property, this BP parenchyma cellulose showed unique characteristics with a great promise for high-valued modification and application in the areas of advanced and functional materials.     

过氧化氢氧化再生纤维素及其阻燃、吸附性能

以过氧化氢氧化再生纤维素(GC)制备羧基再生纤维素(OGC),表征OGC结构变化及其对阻燃和吸附性能影响机理。通过碱泡预处理能有效提高GC比表面积,增加反应效率,获得羧基含量达15.6%的OGC。FT-IR和¹³C NMR表征结果说明OGC葡萄糖基环上的C₆位伯羟基能被选择性氧化成羧基。随着羧基含量的提高,OGC无定形部分溶解而提高其结晶度,晶型则无显著变化,OGC的热分解温度下降,但是成炭率显著提高。当添加6.25%OGC为成炭剂用于环氧树脂膨胀型阻燃时,氧指数达到27.2,阻燃等级为V0。以火焰原子吸收分光光度法测定结果表明,当羧基含量为15.6%,OGC对铅和铜离子吸附量分别提高14倍和3.5倍,其原因在于氧化改性能显著提高OGC的比表面积和容积率,增加吸附容量。研究结果说明以过氧化氢氧化制备的OGC在阻燃成炭剂以及金属离子吸附领域中具有良好的应用前景。     

对位芳纶气凝胶粉体的制备与性能研究

以对位芳纶纳米纤维(PANF)水凝胶为原料,将冻凝胶粉碎法与冷冻干燥法相结合,制备出PANF气凝胶粉体。系统研究了对位芳纶气凝胶粉体的微观结构及性能参数,以及制备条件对产物形貌的影响,并初步探究了其应用。结果表明,液氮冷冻制备的PANF气凝胶粉体具有多孔结构,松装密度约为17.0 kg?m^-3,孔隙率约为98.8%,BET比表面积可达126.30 m²?g^-1。PANF气凝胶粉体的耐热性优异,在氮气气氛下500℃前几乎无分解;热导率较低,约为0.03 W?m^-1·K^-1。气凝胶粉体具有吸附罗丹明B等染料的特征,同时可作为纳米填充材料增强聚氨酯乳胶膜等聚合物材料的硬度,其低热导率表明其有望应用于绝热领域。