纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的制备与性能研究

发布时间：2022-05-05 20:10

　　纤维素气凝胶作为新生的第三代气凝胶,兼具了传统的硅气凝胶和聚合物基气凝胶的高孔隙率、高比表面积、低声速等优良性质,同时融入了原材料自身的优异性能,如:生物相容性、可降解性和亲水性等,因此在生物医药、吸附剂、催化剂等领域具有广阔的应用前景。实际上,纤维素气凝胶优异的结构特性和丰富的表面含氧基团使其特别适合作为基体物质来发展多功能的纳米复合材料。因此,借助特殊的理化工艺对纤维素气凝胶进行改性或掺杂功能性小分子/纳米材料,从而拓展纤维素气凝胶在多个领域的应用潜力具有显著的研究意义。本论文以废弃、低价值的农林生物质资源为原料,分别采用“化学预处理-高频脉冲超声-溶剂置换-冷冻干燥”和“溶解-冻融-再生-冷冻干燥”工艺制备得到纳米纤丝化纤维素（NFC）气凝胶和再生纤维素气凝胶,再通过温和、廉价、简便的理化工艺,制备多种纤维素气凝胶基纳米复合材料,旨在拓展纤维素气凝胶在水环境修复、抑制细菌生长、电磁干扰屏蔽等领域的潜在应用。本论文的主要研究内容可概括为以下几点:（1）以废弃的椰壳为原料,采用温和的制备工艺（包括化学预处理、高频脉冲超声、溶剂置换和叔丁醇冷冻干燥）制备得到超轻的NFC气凝胶,其堆积密... 

【文章页数】：147 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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1 绪论
    1.1 引言
    1.2 纤维素气凝胶的诞生与发展史
        1.2.1 纤维素简介
        1.2.2 纤维素气凝胶的诞生与发展
    1.3 纤维素气凝胶的类型与合成工艺
        1.3.1 NFC气凝胶
        1.3.2 再生纤维素气凝胶
        1.3.3 细菌纤维素气凝胶
    1.4 纤维素气凝胶基纳米复合材料
    1.5 本论文的选题思路、研究内容与创新点
        1.5.1 选题思路
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 创新点
2 轻质、高吸附性的NFC气凝胶的制备
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 材料与试剂
        2.2.2 化学预处理提纯生物质原料中的纤维素
        2.2.3 高频脉冲超声处理制备NFC
        2.2.4 溶剂置换与冷冻干燥制备NFC气凝胶
        2.2.5 NFC气凝胶的疏水改性
        2.2.6 样品表征
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 宏观形貌和微观形貌分析
        2.3.2 比表面积与孔隙结构分析
        2.3.3 结晶结构与热稳定性分析
        2.3.4 红外分析和油水分离特性
        2.3.5 吸附性能
    2.4 本章小结
3 基于氢氧化钠/聚乙二醇溶剂制备轻质高强的再生纤维素气凝胶及其碳化产品
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 材料与试剂
        3.2.2 利用氢氧化钠/聚乙二醇溶剂制备再生纤维素气凝胶
        3.2.3 高温热解制备碳气凝胶
        3.2.4 表征方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 再生纤维素气凝胶的宏观形貌和微观形貌分析
        3.3.2 再生纤维素气凝胶的比表面积与孔隙结构分析
        3.3.3 再生纤维素气凝胶的结晶结构与力学性能分析
        3.3.4 碳气凝胶的微观形貌分析
        3.3.5 碳气凝胶的比表面积与孔隙结构分析
        3.3.6 碳气凝胶的结晶结构与拉曼光谱分析
        3.3.7 碳气凝胶的疏水、导电和阻燃特性
    3.4 本章小结
4 γ-Fe_O_3/纤维素气凝胶纳米复合材料的制备及其Cr~(6+)吸附性能研究
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 材料与试剂
        4.2.2 γ-Fe_2O~3/纤维素气凝胶纳米复合材料的制备
        4.2.3 表征方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 微观形貌、结晶结构和化学成分分析
        4.3.2 比表面积与孔隙结构分析
        4.3.3 热稳定性、力学性能与磁学性能分析
        4.3.4 Cr~(6+)吸附性能
    4.4 本章小结
5 聚毗咯/纳米银/纤维素气凝胶纳米复合材料的制备及其抑菌性能研究
    5.1 引言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 材料与试剂
        5.2.2 聚吡咯/纳米银/纤维素气凝胶纳米复合材料的制备
        5.2.3 表征方法
        5.2.4 抑菌性能测试方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 制备流程示意
        5.3.2 微观形貌与元素成分分析
        5.3.3 结晶结构与化学成分分析
        5.3.4 抑菌性能
    5.4 本章小结
6 锐钛矿相二氧化钛/纤维素气凝胶纳米复合材料的制备及其光催化性能研究
    6.1 引言
    6.2 材料与方法
        6.2.1 材料与试剂
        6.2.2 锐钛矿相二氧化钛溶胶的制备
        6.2.3 锐钛矿相二氧化钛/纤维素气凝胶纳米复合材料的制备
        6.2.4 表征方法
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 宏观形貌和微观形貌分析
        6.3.2 结晶结构与化学价态分析
        6.3.3 比表面积与孔隙结构分析
        6.3.4 热稳定性分析
        6.3.5 光催化降解靛蓝染料
    6.4 本章小结
7 石墨烯/纤维素衍生的碳气凝胶纳米复合材料的制备及其电磁屏蔽性能的研究
    7.1 引言
    7.2 材料与方法
        7.2.1 材料与试剂
        7.2.2 氧化石墨烯/纤维素气凝胶纳米复合材料的制备
        7.2.3 石墨烯/纤维素衍生的碳气凝胶纳米复合材料的制备
        7.2.4 表征方法
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 氧化石墨烯/纤维素气凝胶纳米复合材料的制备流程示意
        7.3.2 氧化石墨烯和纤维素溶液(或纤维素溶剂)的混合物的静置稳定性
        7.3.3 微观形貌、结晶结构和热稳定性分析
        7.3.4 电磁屏蔽性能
        7.3.5 疏水、导电和阻燃特性
    7.4 本章小结
8 α-Fe_2O_3/聚吡咯/纤维素衍生的碳气凝胶纳米复合材料及其电磁屏蔽性能的研究
    8.1 引言
    8.2 材料与方法
        8.2.1 材料与试剂
        8.2.2 纤维素衍生的碳气凝胶的制备
        8.2.3 α-Fe_2O_3/聚吡咯/纤维素衍生的碳气凝胶纳米复合材料的制备
        8.2.4 表征方法
    8.3 结果与讨论
        8.3.1 微观形貌与元素成分分析
        8.3.2 结晶结构与化学成分分析
        8.3.3 合成机理示意
        8.3.4 电磁屏蔽性能
    8.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国水污染趋势与治理制度[J]. 张晓.  中国软科学. 2014(10)
[2]纳米复合材料研究进展[J]. 杜善义.  上海大学学报(自然科学版). 2014(01)
[3]高频超声法纳米纤丝化纤维素的制备与表征[J]. 卢芸,孙庆丰,李坚.  科技导报. 2013(15)
[4]纤维素溶剂体系的研究进展[J]. 刘会茹,刘猛帅,张星辰,赵地顺.  材料导报. 2011(07)
[5]TiO2纳米孔结构的XPS研究[J]. 顾剑锋,闻明,刘刚,吕坚.  稀有金属材料与工程. 2011(03)
[6]物化法处理印染废水的研究进展[J]. 王绍温,陈胜,孙德智.  工业水处理. 2010(01)
[7]应用超临界流体干燥技术制备气凝胶的研究进展[J]. 詹国武,王宏涛.  干燥技术与设备. 2008(04)
[8]应用超临界流体干燥技术制备气凝胶的研究进展[J]. 詹国武,王宏涛.  干燥技术与设备. 2008 (04)
[9]纤维素溶剂研究进展[J]. 吕昂,张俐娜.  高分子学报. 2007(10)
[10]有机/无机纳米复合材料的研究进展[J]. 张旭,孙凤久.  材料导报. 2006(S2)

博士论文
[1]超临界流体技术在气凝胶和纳米粉体制备中的应用[D]. 张华东.山东大学 2009

硕士论文
[1]功能复合材料降解有机染料的研究[D]. 曹慧玲.华南师范大学 2007



本文编号：3650933