纳米纤维素复合气凝胶超级电容器的制备与性能

以纳米纤维素(NFC)、还原氧化石墨烯(RGO)及聚苯胺(PANI)为原料,利用冷冻干燥技术制备出多孔性纳米纤维素NFC复合气凝胶电极材料。通过调控NFC的羧基含量及冷冻温度,可对复合气凝胶的孔径分布及比表面积进行优化从而提高其导电性能,最后以聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)为电解质,制备了NFC复合气凝胶超级电容器。结果表明:随着羧基含量的增加,NFC纤维间的氢键作用逐步增强使得形成交联网络更为紧密,制备的复合气凝胶孔隙尺寸变小且比表面积增大,其导电性能和电化学性能得到进一步的提升;冷冻温度直接影响形成的冰晶的尺寸大小和数量,低温冷冻制备的气凝胶孔隙数量较多且比表面积较大,形成的三维导电网络更为完整,具有良好的导电性能和电化学性能。当NFC的羧基含量为1.69 mmol/g及冷冻温度为-40℃时,复合气凝胶的比表面积为155.8 m2/g,组装的超级电容器在电流密度为0.5 A/g下其比电容为402 F/g。     

木质素/TiO2复合纳米颗粒合成及纳米纤维素基紫外屏蔽膜制备

本研究利用碱木质素作为生物模板诱导剂,通过水热法成功合成了一种具有良好紫外屏蔽性能的木质素/TiO_2复合纳米颗粒。结果表明,木质素/TiO_2复合纳米颗粒具有锐钛矿晶型、良好的纳米粒径和热稳定性。同时,证实了木质素的含氧官能团和TiO_2表面羟基发生类酯化反应,从而使木质素与TiO_2形成包覆嵌顿式结构的复合材料。在此基础上,研究了木质素/TiO_2复合纳米颗粒与纳米纤维素水凝胶制备薄膜材料的抗紫外性能。结果表明,添加质量分数10%的木质素/TiO_2复合纳米颗粒的纳米纤维素薄膜在全紫外线波段(200～400 nm)吸收了约90%的紫外线,表明木质素/TiO_2复合纳米颗粒具有良好的紫外屏蔽能力。     

纳米纤维素基气凝胶的制备及其吸附分离应用研究进展

纤维素基功能材料的产业化是传统造纸行业转型升级的重要发展方向。纳米纤维素基气凝胶是一种基于纳米纤维素制备而成的轻质固体材料,具有孔隙率高、比表面积大、低密度和可生物降解等优点,在吸附分离领域有广泛的应用。本文对纳米纤维素基气凝胶的制备方法进行了总结,探讨了制备过程对纳米纤维素基气凝胶结构的影响,综述了纳米纤维素基气凝胶在吸附分离领域中的应用进展,并展望了其应用前景。     

TiO_2/纤维素多孔三维材料的制备及其在染料分解中的应用研究

以微晶纤维素为原料,通过LiCl/DMAc体系对微晶纤维素进行溶解,然后采用不良溶剂诱导相分离的方法制备纤维素多孔三维材料。所得材料具有三维连通的多孔结构,且材料内部孔以介孔居多,具有密度小、孔隙率大等优点,能够作为复合材料的基质广泛应用。将TiO_2纳米颗粒与纤维素多孔三维材料复合制得TiO_2/纤维素多孔三维材料,所得材料中TiO_2纳米颗粒在三维空间内分布均匀。TiO_2/纤维素多孔三维材料在紫外光照射下对亚甲基蓝溶液具有优秀的光催化降解性能,且能够多次重复利用。     

磁性疏水性纤维素纳米纤丝气凝胶的制备及性能研究

以TEMPO氧化法制备的纤维素纳米纤丝（CNF）为原料制备CNF气凝胶,随后采用Fe₃O₄纳米粒子和十六烷基三甲氧基硅烷（HDTMS）对其进行改性制得磁性疏水性CNF气凝胶,并对其疏水性能、磁性、吸附性及其他各项性能进行表征。结果表明,交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）可提高CNF之间的结合强度,使气凝胶结构更加稳定、不易被破坏。制备得到的气凝胶密度和孔隙率分别为0.015 g/cm³和99.02%,其水接触角可达133°,表现出优异的超疏水性,吸附倍率最高可达145 g/g（机油）;同时,添加Fe₃O₄纳米粒子使气凝胶具备较好的磁响应性能,有利于气凝胶的后期回收。     

纳米芳纶气凝胶纤维的制备与微观结构调控

针对目前气凝胶纤维力学强度不高的问题,以对位芳纶为原料制备了纳米芳纶分散液,通过湿法纺丝、溶剂置换、冷冻干燥工艺制备了纳米芳纶气凝胶纤维,并通过调节溶剂置换浴中叔丁醇与水的比例,对气凝胶纤维的微观结构进行调控。结果表明:调节溶剂置换浴可使气凝胶纤维具有良好的成形性,当溶剂置换浴中叔丁醇和水的体积比为1∶1时,气凝胶纤维内部呈蓬松网状结构,其比表面积可达165.4 m²/g,断裂强度为4.8 MPa;随着水的比例的增加,气凝胶纤维比表面积下降,力学强度增加;当以水为置换液时,纳米芳纶整齐取向排列,气凝胶纤维的断裂强度可达328.7 MPa。     

3D打印纳米纤维素凝胶材料

纤维素纳米晶体(CNCs)具有较好的制备性能,结晶度高、机械刚度大、强度高。然而,CNCs的高分散性限制了其可纺丝性。研究表明,对纳米纤维素氧化改性可以提高和优化材料的整体性能。选择氧化的纳米纤维素获得带有羧基的区域氧化CNCs(RO-CNC),利用多硫化钠(Na₂S_x)对CNCs末端区域进行氧化改性,制备了末端氧化纳米纤维素。对CNCs的形态进行表征,使用激光扫描制备的纤维素凝胶经诱导固化形成3D打印新材料。     

HBP-NH_2调控掺金纳米二氧化钛的制备及其光催化性能研究

利用端氨基超支化聚合物(HBP-NH_2)在调控制备纳米二氧化钛时,同步实现了纳米金的掺杂,制备了具有高效光催化活性的掺金纳米二氧化钛(Au-TiO_2)。比较研究了凝胶-水热法制备的纯纳米TiO_2和经HBP-NH_2调控制备的纳米Au-TiO_2在结构和性能上的差别。结果表明:掺金前后的纳米TiO_2粒径均在10~20nm,HBP-NH_2在调控掺杂纳米金的同时,能够明显改善纳米TiO_2颗粒的分散性能。随着Au/Ti元素摩尔比增加,掺金含量以及纳米TiO_2的光催化性能均逐渐增加且趋向于平衡。掺金纳米TiO_2对刚果红和亚甲基蓝的降解率分别能达到99%和98%。     

溶解纤维素-PVA复合凝胶的制备及其性能研究

将微晶纤维素溶解于N-甲基吗啉-N-氧化物（NMMO）溶剂体系,并与聚乙烯醇（PVA）NMMO溶液混合,采用溶胶-凝胶工艺制备纤维素-PVA复合凝胶,探究不同凝固浴对复合凝胶性能的影响,并利用X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）、扫描电子显微镜（SEM）等表征手段考察了复合凝胶的晶体结构、热稳定性、微观结构等性能,讨论基于NMMO溶剂体系纤维素与PVA复合的成胶机理。结果表明,与分别以水及无水乙醇为凝固浴制得的复合凝胶相比,以20% NMMO/1%硼砂为凝固浴制得的复合凝胶无裂纹,且具有良好的韧性,机械性能最佳;经NMMO溶解后制得的纤维素凝胶由纤维素Ι型转变为纤维素Ⅱ型,而经1%硼砂交联后制得的纤维素-PVA复合凝胶在2θ=13.18°和19.46°处出现新的结晶峰,其为PVA的衍射峰,说明纤维素与PVA交联复合;热重分析显示,与纤维素凝胶相比,纤维素-PVA复合凝胶的热稳定性显著提高,热降解初始温度从270℃升高至280℃左右;利用SEM可观察到经硼砂交联后的纤维素-PVA复合凝胶的孔隙约500 nm,相对于纤维素凝胶,其孔隙结构更均匀紧凑。     

纤维素纳米纤维/纳米蒙脱土复合气凝胶制备及其结构与性能

针对纤维素纳米纤维(CNF)气凝胶易燃、强力低等问题,利用纳米蒙脱土(MMT)共混改性纤维素纳米纤维,基于冷冻干燥的方法制备阻燃隔热的CNF/MMT复合气凝胶。研究了MMT质量分数对CNF/MMT复合气凝胶形貌结构、压缩性能、热稳定性、热导率和阻燃性能的影响。结果表明:MMT的引入使气凝胶具有更加紧密的片层结构,气凝胶力学性能、热稳定性和阻燃性能得到改善;在MMT质量分数为50%时,CNF/MMT复合气凝胶的表观密度最大且仅为0.016 8 g/cm³,应变为10%的应力最大为12.45 kPa,应变为70%的应力最大为77.93 kPa,导热系数最大为 0.04 W/(m·K); 气凝胶中MMT质量分数不低于42.9%时,复合基气凝胶的极限氧指数得到明显提升。     

冻干保护剂对纤维素纳米纤维气凝胶的影响

以漂白针叶木浆为原料,通过TEMPO氧化法制得纤维素纳米纤维(CNF),再经冷冻干燥制得低密度、高比表面积及高压缩强度的CNF气凝胶。针对CNF气凝胶强度较低并且孔径分布不均的问题,本研究采用在CNF悬浮液中加入不同种类的冻干保护剂(山梨醇、甘露醇及蔗糖)的方法,达到缩小气凝胶孔隙结构,增强气凝胶压缩强度的效果。使用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面和孔径分布分析仪、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)和热重分析仪(TG)等对其结构及性能进行表征。结果表明,加入冻干保护剂(山梨醇、甘露醇及蔗糖)后,制得的CNF气凝胶尺寸均一,直径为10~20 nm;气凝胶孔隙分布趋于均匀,压缩强度显著提高。此外,冻干保护剂的加入不会对CNF气凝胶的晶型结构及热稳定性产生影响。     

冷冻干燥法制备淀粉气凝胶及其疏水改性研究

利用溶胶-凝胶-冷冻干燥技术制备了淀粉气凝胶材料，测试并分析了淀粉种类及直链/支链比例对气凝胶材料形貌、密度、收缩率、孔隙结构以及隔热性能的影响。优选出木薯淀粉为最适宜制备隔热气凝胶材料的原料，其所制备的气凝胶具备大孔、介孔及部分片层结构，密度低至0.094 g/cm³,孔隙率高达88.63%,导热系数低至0.043 W/(m·K),具有优良的保温隔热性能。通过一步法制备柠檬酸交联改性木薯淀粉气凝胶，以甲基三甲氧基和十六烷基三甲氧基硅烷包覆疏水纳米SiO₂制备疏水溶液，然后制备加入交联剂和自制硅烷疏水溶液的改性木薯淀粉气凝胶。扫描电镜测试结果表明，制备的改性气凝胶材料具有更加坚实的网络结构和致密的孔隙。导热系数测试结果表明，改性木薯淀粉气凝胶导热系数低至0.048 W/(m·K)。接触角测试结果表明，水滴滴入立即测量接触角达139.5°,5 min后测量接触角仍有129.5°,且表面和内部均有疏水效果。改性气凝胶具有优良的保温隔热以及疏水性能，其在食品保温材料领域具有广阔的应用前景。     

纳米纤维素基水凝胶在生物医学领域的研究进展

纳米纤维素具有高比表面积(150～250 m²/g)、大长径比、低密度(1.6 g/cm³)和优越的机械性能(弹性模量～150 GPa，高拉伸强度～7.5 GPa)等特性，在生物医学等领域有着广泛的应用。本文主要对近几年纳米纤维素基水凝胶的研究进展进行了归纳总结。首先介绍了纳米纤维素的制备方法，包括机械法、酸水解法、TEMPO (2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基)氧化法和生物法；其次列举了制备纳米纤维素基水凝胶的常用交联方法，包括物理交联和化学交联；最后重点介绍了纳米纤维素基水凝胶在生物医学领域方面的应用，包括伤口敷料、组织工程和药物输送；此外，对纳米纤维素基水凝胶在生物医学领域的发展方向进行了展望。     

疏水亲油型纳米纤维素气凝胶的制备与吸油性能研究

本研究以不同方法制备的针叶木纳米纤维素（CNF、ECNF和TCNF）为原料,通过冷冻干燥法制备纳米纤维素气凝胶,并利用硬脂酰氯（SAC）溶液浸渍法对其进行疏水改性。采用激光粒度仪、X射线衍射分析仪、Zeta电位仪测定了纳米纤维素的粒径分布、结晶度及电荷密度,并对疏水改性前后气凝胶的密度、孔隙率、结构形貌、疏水性能及吸油性能进行了分析和研究。结果表明,TCNF粒径及电荷分布较为均匀;SAC改性不会影响纳米纤维素气凝胶轻质、多孔的特性,改性后的气凝胶表现出优异的疏水性和良好的吸油性,其中S-ECNFA的疏水性最佳,表面水接触角（CA）可达151.6°;S-TCNFA对4种不同密度的油吸附能力最强,其中对食用油的吸油量可达48.96 g/g气凝胶,经5次循环使用后,对食用油的吸油量仍可达初次吸油量的60.8%,具有较好的循环使用性能。     

纤维素气凝胶的制备及其性质

本文论述了纤维素气凝胶的制备方法、性质和应用。纤维素气凝胶材料包括天然纤维素气凝胶、再生纤维素气凝胶和复合纤维素气凝胶,其具有多孔结构及良好的模板特性,在传感器、药物释放等方面具有潜在的应用前景。     

氮/硼掺杂碳@黏土气凝胶在染料吸附中的应用

碳气凝胶具有丰富的孔结构，被广泛用于环境治理领域。为了克服碳气凝胶制备过程中收缩率大、产率低及其自身力学性能差的问题，在利用无机蒙脱土和成碳前驱体纳米纤维素共混的基础上，加入三聚氰胺甲醛树脂和硼酸交联骨架，碳化后得到氮硼掺杂碳@黏土气凝胶。采用SEM、XPS等对复合碳@黏土气凝胶的结构与性能进行表征。结果表明：氮硼掺杂能够调控碳表面电荷分布，所制备的碳@黏土气凝胶在液相介质中具有优异的机械稳定性，且吸附性能优异，对孔雀石绿染料的最大吸附量可达1 021.4 mg/g。其吸附过程符合准二级动力学方程、Langmuir等温方程，并以单分子层吸附为主。实验中所制备的改性碳气凝胶材料在染料废水脱色处理等应用具有巨大潜力。     

核壳型TiO_2@C纳米颗粒改性涤纶的制备及其抗紫外性能研究

首先制备了TiO_2纳米颗粒,再利用聚电解质层层自组装法在颗粒表面制备聚电解质涂层,经碳化处理后,得到具有核壳结构的TiO_2@C纳米颗粒,然后利用浸渍法将该纳米颗粒负载在涤纶上。对改性后的涤纶的表面形貌、力学性能及抗紫外性能进行了表征。结果表明:所制得的TiO_2颗粒为尺寸均匀且单分散的球形颗粒,颗粒直径约为100nm。在TiO_2颗粒表面制得的碳层为多孔状,层厚度约为30nm。利用浸渍法可以将TiO_2@C纳米颗粒有效负载到涤纶表面。负载了TiO_2@C纳米颗粒的涤纶的断裂强力与涤纶原丝差别不大,但是其抗紫外老化的能力得到增强。     

负载纳米氧化锌的明胶/乙基纤维素气凝胶的制备及抑菌能力分析

本实验旨在构建一种明胶/乙基纤维素气凝胶,研究其三维结构与物理性能,并装载纳米氧化锌测试其抑菌能力。通过静电纺丝技术制备明胶/乙基纤维素纳米纤维膜,再将该膜通过冷冻干燥方法制备成气凝胶,并添加海藻酸钠和氯化钙进行交联;通过测定微观形貌、孔隙率、热导率、水稳定性、机械性能、热稳定性和晶体形态等对气凝胶的理化性质进行分析,采用抑菌圈法和比浊法对其抑菌性能进行分析。结果表明,经海藻酸钠和氯化钙交联的气凝胶（明胶与乙基纤维素质量比1∶1）具有最佳的机械性能与水稳定性,而装载了纳米氧化锌的气凝胶对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有较强抑菌效果,且紫外光照射可以显著提高其抑菌性能。     

改性纳米TiO_2/丙烯酸酯复合乳液的制备及研究

利用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO_2溶胶,接着用硅烷偶联剂KH-570对其进行表面改性,降低纳米TiO_2的团聚效应,制备出可与丙烯酸酯单体聚合的改性纳米TiO_2溶胶。然后以过硫酸钾为引发剂,在一定温度下,采用核壳乳液聚合法,制备出改性纳米TiO_2/丙烯酸酯复合乳液。研究了盐酸、硅烷偶联剂的用量对纳米TiO_2溶胶粒径的影响,以及乳化剂、引发剂与改性纳米TiO_2溶胶用量对复合乳液粒径及凝胶率的影响。采用红外光谱、X射线衍射仪、透射式电子显微镜等测试手段对制备的复合乳液进行表征。结果表明:通过该方法成功制备出纳米TiO_2/丙烯酸酯复合乳液,且当引发剂、乳化剂和改性TiO_2溶胶的用量分别占单体总质量的0.5%、4%、1.5%时乳液性能最好。     

纤维素/壳聚糖磁性气凝胶的冻融法制备及其对染料吸附性能

为开发一种高效可再生的磁性生物质基吸附剂,以微晶纤维素(MCC)和壳聚糖(CS)为凝胶网络框架、纳米Fe3 O4为掺杂剂,通过悬浮液滴和冻融结合法制备MCC/CS磁性气凝胶.借助扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射等表征其微观形貌及化学结构,并探讨了对染料刚果红的去除效果.结果 表明:在加入1.0 g纳米Fe3 ...