石墨烯气凝胶的应用研究进展

石墨烯气凝胶是由石墨烯片自组装成的三维多孔材料，具有孔隙率高、弹性好、密度低和良好的导电性、隔热性等特点，在众多领域都有巨大的应用潜能。本文对目前石墨烯气凝胶的制备工艺、可控制备进行了概述，简要概括了目前石墨烯气凝胶及其复合材料在吸附、电磁屏蔽、催化剂载体、传感器方面的应用进展。     

石墨烯气凝胶的制备方法及在二次电池中的应用研究进展

石墨烯气凝胶是由石墨烯片层经过相互搭接、组装而成的三维多孔网络结构,具有高电导率、高比表面积、高孔隙率、较高柔韧性和弹性及低密度等特点,在海水表面吸附油污、机械减震、杂质过滤等领域获得了应用。综述了石墨烯气凝胶的主要制备方法,包括自组装法、化学交联法、模板法、3D打印法等,并重点阐述了石墨烯气凝胶在新能源二次电池领域如锂离子电池、锂/硫电池、钠离子电池中的应用研究进展,为探索石墨烯气凝胶的新型制备方法及电池应用提供借鉴。     

石墨烯基气凝胶小球对染料的吸附性能研究

综合国内外相关领域的最新研究进展,对比不同材料的染料吸附性能,得出了石墨烯基气凝胶小球在吸附性能方面的优越性;总结了石墨烯基气凝胶小球对染料的吸附机理,发现其对染料的吸附是吸热、熵增的物理吸附过程,一般符合Langmuir吸附等温线模型和拟二级动力学模型。为提升其实际应用价值,探索对多种污染物的处理净化以及动态吸附是石墨烯基气凝胶小球的未来研究趋势。     

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。     

石墨烯改性材料在气体吸附分离方面的研究进展

从功能化处理的石墨烯在气体吸附及分离方面出发,综述了石墨烯基改性材料在储氢、气敏检测有毒气体、混合气体分离方面的最新应用研究进展,最后对石墨烯基改性材料在未来气体处理领域的应用前景进行了展望。     

乳液法制备聚乙烯醇-石墨烯气凝胶及其对纯有机物的吸附

采用氧化石墨烯(GO)稳定的Pickering乳液为软模板，制备聚乙烯醇-石墨烯气凝胶。探究GO浓度、均质转速、油水比、乙二胺(EDA)和聚乙烯醇(PVA)用量等因素对乳液稳定性、粒径分布及气凝胶成型的影响，发现改变乳液配比可控制乳液粒径的大小，进而对气凝胶的密度和孔隙率进行调控。通过SEM、FT-IR、Raman、XRD对最优制备条件下制得的聚乙烯醇-石墨烯气凝胶(PGA)进行表征，可知GO经水热反应后被还原组装形成三维网络气凝胶结构(PGA)且其孔道直径与乳液粒径基本一致。对PGA进行挤压实验发现其具有轴、径双向挤压回弹性，且重复挤压200次以上PGA仍然具良好的弹性。PGA对纯有机物的吸附量最高可达280 g·g^?1，且每克PGA吸附的有机物的体积为恒定值。     

哈工大研制出世界最轻的磁弹性体材料

<正>日前,哈尔滨工业大学土木学院李惠教授课题组成功研制出了一种新型智能石墨烯气凝胶材料,该材料为已报道的目前世界上最轻的磁弹性体材料,可广泛应用于多个领域。李惠教授课题组采用改进水热法,通过在大片氧化石墨烯的自组装过程中原位沉积超顺磁纳米四氧化三铁颗粒,率先研究并实现了石墨烯     

纳米纤维素纤维凝胶特性及其应用

纳米纤维素纤维在水溶液中可以通过物理缠绕以及氢键结合的方式形成具有稳定三维网络结构的水凝胶。纳米纤维素水凝胶具有无毒性及良好的生物相容性,在生命科学领域应用前景广阔。而纳米纤维素气凝胶保持凝胶的三维网络结构,其高比表面积、低密度及优异的隔热性能等在建筑、能源电子器件、油水分离等领域也同样有着巨大的应用潜力。本文从纳米纤维素基本特性、纳米纤维素水凝胶、纳米纤维气凝胶研究及应用情况进行了介绍,并分别对纳米纤维素水凝胶与气凝胶的优异性能及应用进展进行了总结。     

石墨烯气凝胶增韧水泥复合材料的研究

石墨烯片层在水泥中的稳定性和分散性是发挥石墨烯增韧作用的关键。本文通过将石墨烯片层转化成气凝胶状态,实现石墨烯片层在三维尺度上的均匀分散,随后将其引入到水泥体系中,考察石墨烯气凝胶对水泥基复合材料力学性能的影响。使用傅立叶变换红外光谱仪、X射线光电子能谱、激光显微拉曼光谱、扫描电子显微镜、万能试验机、动态机械性能等对材料的表面化学状态、微观形貌和力学性能进行表征。结果表明,通过Hummers氧化法结合水热反应工艺,可以成功制备出性质较稳定的石墨烯气凝胶,且气凝胶中碳原子特性与石墨烯片层碳原子特性接近。石墨烯气凝胶对水泥基材料具有较为明显的增韧作用,体现了较大的应用潜力。     

城市环境所在石墨烯气凝胶结构调控方面取得进展

正石墨烯是碳原子以sp~2杂化方式构建的二维蜂窝状纳米片层,因其优异的理化性能和超大的理论比表面积,在光电、催化、传感器、环境修复等的领域都展现出良好的应用发展前景。石墨烯片层组装构建的三维网络结构气凝胶,不但良好保持了片层的优良特性,同时在环境修复应用中还便于回收和循环使用,是石墨烯应用的重     

超疏水-超亲油材料在油水分离中的研究进展

综述了超疏水-超亲油油水分离材料的研究进展及其在油水分离中的应用。首先介绍了油水分离材料的特殊润湿性的基本理论和设计理念,主要包括Young方程、Wenzel模型、Cassie模型以及制备油水分离材料的两种途径。然后全面介绍了金属网膜类、纺织品类、合成膜类等二维结构的油水分离材料,以及海绵、泡沫、气凝胶等三维网络状类油水分离材料和智能型油水分离材料。最后总结了目前在油水分离这一领域存在的一些问题,主要是油水分离的基本机制和理论研究不够完善,并指出开发和研究能够分离特殊油品的材料以及智能响应性可控的油水分离材料仍然是一大挑战。     

三维超浸润多孔材料在油水分离中的研究进展

受自然界超浸润现象的启发,三维超浸润多孔材料因其具有独特的油水分离优势受到科研工作者的广泛关注。本文首先分析了三维超浸润多孔油水分离材料的表面浸润性基础模型,包括Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baxter模型;随后指出设计三维超浸润多孔材料的关键是调控材料的表面能和纳微结构,总结了三维超浸润多孔材料存在的独特优势,包括空隙率高、密度小、质地轻、比表面积大等特性;揭示了常见的三维超浸润多孔材料的油水分离原理,包括表面介质或基团对油滴/水滴的吸附效应以及不同亲疏性的选择效应。基于此,概括了不同种类三维超浸润多孔材料在油水分离领域中的研究进展,包括三维超浸润多孔海绵、三维超浸润多孔泡沫、三维超浸润多孔气凝胶,并针对不同类型三维超浸润多孔材料在油水分离过程中存在的独特优势和缺陷进行了总结,指出三维超浸润多孔材料在实际应用中存在的问题和挑战,并对研究出机械性能稳定、回弹性好、具备持久分离效果的三维超浸润多孔材料进行了展望。     

面向油水分离的无机膜制备及应用进展

膜技术是处理含油污水及含水油液的有效分离方法。无机膜材料由于可调变的表面性质和良好的稳定性,即使在苛刻的条件下,在分离油水方面表现出优异的分离性能。本文首先阐述了设计与制备油水分离膜的理论基础,包括分离过程中压力驱动力和膜表面特性对膜通量和选择性的影响;然后综述了当前国内外用于油水分离的无机膜的制备及其应用进展,重点介绍分子筛膜、金属氧化物/金属氢氧化物膜和氧化石墨烯膜等的研究,分析了在不同油水混合物中研究者们调控无机膜表面性能的策略,提出膜表面润湿性和膜结构是提高膜分离效率和抗污染性的关键;最后指出抵制含大量表面活性剂、碱液及有机聚合物种的乳化油对膜造成污染,是无机膜亟需解决的问题,并展望了无机膜在分离油水方面的发展方向。     

石墨烯及衍生除油材料的研究进展

原油采油过程或海上石油泄漏将产生大量的含油污水,给环境带来了巨大的威胁。石墨烯及衍生材料具有较大的比表面积、特殊的孔结构等特性,在含油废水除油领域引起人们的广泛关注。综述了三维石墨烯和石墨烯复合膜等石墨烯衍生除油材料在处理含油废水领域的研究进展。对三维石墨烯除油材料的研究旨在优化微孔结构和表面润湿性,提高机械性能和使用寿命;石墨烯复合膜油水分离材料主要提高膜的通量、抗污能力和稳定性。目前石墨烯及衍生除油材料合成工艺较繁琐且稳定性较差,未来对石墨烯及衍生除油材料的研究将着眼于降低成本、提高稳定性和适用性。     

聚酰亚胺气凝胶制备、性能及应用进展

聚酰亚胺气凝胶具有高比表面积、低密度、低热导率等优点,但是存在易吸湿、收缩率大且在制备过程中大量使用有机溶剂以及使用价格昂贵的化学交联剂等问题。本文主要介绍了目前聚酰亚胺气凝胶的制备方法、性能及其应用,重点综述了二酐与二胺缩合反应法、异氰酸酯法、开环易位聚合法。简述了几种方法的制备原理,同时也总结了聚酰亚胺气凝胶在隔热、抗辐射、油水分离、过滤等领域应用的研究进展。最后,对聚酰亚胺气凝胶的制备方法及实际应用进行了总结与评价,提出在今后的研究工作中要以解决易吸湿、收缩率大、探索其他类型交联剂作为重点。并且,立足于目前聚酰亚胺气凝胶及其复合材料的发展趋势,对今后聚酰亚胺气凝胶新的存在形态、新的应用领域进行了展望。     

纳米纤维素构建超疏水材料研究进展

纳米纤维素表面富含活性羟基,具有高度的亲水性和吸水性,这在很大程度上成为影响纳米纤维素在工业上大规模应用的主要因素。对纳米纤维素表面的活性羟基进行化学修饰提高其疏水性,日益成为国内外学者研究的热点。本文在简要阐述超疏水材料基本特征和制备方法的基础上,对比了不同超疏水材料制备方法（模板法、喷涂法、沉积法、刻蚀法）的优劣,重点介绍了国内外学者利用纳米纤维素构建超疏水材料（气凝胶、纸张、涂层、薄膜等）在生物医学、造纸工业、油水分离、食品包装、储能材料等不同领域的研究进展,归纳并分析了目前纳米纤维素构建超疏水材料在改性方式和性能提升等方面仍存在的问题,同时指出了纳米纤维素构建超疏水材料未来将朝着过程无污染化、工艺简化、稳定性优化等方向发展。     

纤维素基油水分离材料研究进展

石油泄漏事故及工业含油废水排放等严重破坏了人类赖以生存的生态环境,如何有效分离油水混合物成了当前的研究热点。传统的油水分离材料的不可回收性带来材料的二次污染极大限制了它们的广泛应用。纤维素是地球上最丰富的天然聚合物,并且具有生物相容性、生物降解性、化学稳定性和低成本等特点,因此纤维素基油水分离材料亦受到广泛关注。本文系统总结了近年来过滤型和吸附型纤维素基油水分离材料的研究进展,重点围绕纤维素类物质作材料基底（滤纸、棉布等）、用其进行表面改性（纤维素纳米晶体、纤维素衍生物等）以及全纤维素基油水分离材料等方面进行详细分析和介绍,对纤维素基油水分离材料存在的问题进行了探讨,并对其未来发展进行了展望。     

聚结技术及其乳化油水分离性能

聚结分离是一种利用油、水两相对材料浸润性的不同而实现乳化液滴聚结长大并最终通过重力沉降实现油水分离的物理方法,这种方法结构可控性好、分离效率高、运行成本低,是乳化油水分离领域的研究热点。本文首先对聚结分离方法进行详细阐述,介绍了聚结分离原理和影响因素;总结了近年来国内外学者对聚结材料表面改性和修饰等方面的研究。通过调控聚结材料的表面具有特殊浸润性,可显著提高油水分离效率;系统介绍聚结分离器的分类及其应用。最后阐述了聚结分离技术在石油化工领域的应用。本文对聚结分离技术进行展望,指出可以进一步研究实际液滴聚结过程和分离效果影响因素,应深入研究分离器在乳化油水分离过程中液滴聚结行为、机理、控制机制将是研究的重点。     

油水分离膜表面结构可控合成及性能研究

石油开采过程中会产生大量的油水混合物,每天生产生活中也会产生大量含油废水,如何处理这些油水混合物,是环境保护和可持续发展的重大需求。针对含油量较高的油水混合物,本工作制备了疏水-超亲油分离膜。以机械性能较好的泡沫镍为过滤基体,采用电沉积方法,在泡沫镍表面沉积铜颗粒,构筑亲油疏水表面。研究了沉积电位和沉积时间对表面结构的影响,并测试了分离膜表面结构、表面粗糙度及水滴在膜表面的接触角,并对所制备的分离膜进行油水分离性能测试和多次循环的稳定性测试。结果表明,所制备的分离膜具有良好的循环分离性能,对于油水混合物循环十次后分离效率仍在90%以上。本研究为高效油水分离膜材料开发提供了新思路,并拓展了电化学表面改性的应用领域。