论文木质纤维素气凝胶的制备与性能表征是大学硕士与本科气凝胶毕业论文开题报告范文和相关优秀学术职称论文参考文献资料下载，关于免费教你怎么写气凝胶方面论文范文。
摘 要： 纤维素是自然界中储量最为丰富的一种天然高分子, 纤维素气凝胶作为无机气凝胶和合成聚合物气凝胶之后的第三代气凝胶,兼具绿色可再生的纤维素材料和多孔气凝胶材料的优点,成为纤维素材料研究与应用的一个热点.本文内容包括木质纤维素的提取、碱性溶剂（尿素/NaOH）的溶解、纤维素气凝胶的制备与表征,包括sol-gel的形成、冷冻干燥工艺的制定、SEM、FTIR、BET等性能的测试表征,对木质纤维素气凝胶用MTMS硅烷进行疏水改性,对纤维素气凝胶在物流、港口行业应用的展望.
关键词：纤维素；气凝胶；冷冻干燥；疏水改性
1 引言
气凝胶是将凝胶中液体溶剂用空气取代,不改变其自身网络结构的纳米多孔材料[1,2].纤维素气凝胶作为第三代材料；不仅拥有传统气凝胶的性能,还具有独特性能,如良好的机械性能、环境友好、可降解、生物相容性等[3～5],引起了人们极大的关注[2].其中以纤维素及纤维素衍生物为凝胶和气凝胶原材料已经有大量的研究,Chang等以NaOH/尿素为溶剂,热固法合成了纤维素水凝胶[6]；Granstrom等以离子液体作为纤维素溶剂,经烷基改性制备出了具有超级疏水性能的气凝胶[7]；Jin等以用纳米纤维素为原料,经超声处理和冷冻技术制备出了纳米纤维素纤维气凝胶[8].纤维素气凝胶富有羟基,具有较大的比表面积和较高的孔隙率,易吸收空气中的水蒸气,一旦吸湿,凝胶材料的原有结构将会破坏,限制了纤维素气凝胶的应用.
在纤维素的种类中,木质纤维素的占有量较高,它是天然可再生木材经过一系列处理的做到到的一种纤维物质.木质纤维素具有比重小、分散性强、柔韧性好,比表面积大,在隔热保温、建筑、医用等领域有广泛的应用[9～12].本文以木质纤维素为原料,通过凝胶溶胶法,制备凝胶网络结构,通过冷冻干燥手段制备出木质纤维素气凝胶,再通过硅烷处理做到到疏水性能的纤维素气凝胶,此外还讨论了疏水改性和吸油能力的影响.
目前我国的淡水资源有限,海水资源受到了各种污染,其中危害最大的是油类污染物.在处理含油废水方面,纤维素气凝胶具有高效、经济、易操作的特点,被认为是最具前景的绿色材料[13,14],本文最后指出这种新型纤维素气凝胶在物流和港口中的应用.
2 木质纤维素气凝胶的合成与制备实验
2.1 主要原料和仪器设备
实验用到的主要原料和仪器设备见表1.
2.2 试样制备
在轻木木材中选取一定尺寸的木片,用高速绞碎机制取轻木粉.然后提取纤维素.提取方法如下：
轻木木粉（10 g）→滴加苯醇并恒温水浴（80℃ 5 h）→ 将轻木木粉转移到烧杯,并滴加次氯酸钠（4 g）和冰乙酸（3 ml）→真空泵抽滤用蒸馏水洗涤至PH为7→丙酮洗涤多次并烘干（75℃）→等到样品（木质纤维素）→性能表征 疏水改性或其他性能改性
纤维素气凝胶的制备路线见图1.采用凝胶溶胶法制备多孔的纳米纤维素气凝胶凝胶,通过干燥方法将湿凝胶变成干凝胶,最后进行疏水改性和其他性能的改性.本文通过冷冻干燥的工艺进行干燥,经历了4个阶段：1）湿凝胶的在-30℃4 h预冻阶段；2）抽真空阶段；3）升华阶段,也是冷冻干燥的核心阶段,24 h由-30℃到常温；4）老化阶段100℃老化2 h.最后将制备出的纤维素气凝胶性能表征及MTMS疏水改性与其他性能的改性.
3 试样的性能与形貌表征
3.1 扫描电镜SEM表征
利用扫描电镜（SEM, Quanta,FEI公司,美国）对纤维素气凝胶的微观结构进行观察分析.将样品剖面进行喷金处理,样品表面干燥,在12.5 kV电压下观察剖面形貌.图2c中,样品表面有疏松多孔的网络结构,纤维素大分子链直接形成交联,构成了纤维素气凝胶三维网状空间结构,而在其表面形成致密无序的孔结构.图2b中,样品表面局部有一定塌陷,导致局部没有看到孔,且部分孔径尺寸大小不一样,孔分布不均匀.这是由于在冷冻干燥的过程中,液体表面张力使湿凝胶在形成干凝胶的过程中形成空间的网状结构塌陷[15].
3.2 傅立叶红外光谱FT-IR测试
采用FTLA2000型傅立叶红外光谱仪,将气凝胶研磨成粉末状,KBr压片,设置波长在500-4000 cm-1,分辨率为4 cm-1,进行红外光谱测试,如图3所示,由纤维素与木质纤维素气凝胶的傅立叶红外光谱对比分析知：木质纤维素与纤维素气凝胶在3380 cm-1左右均出现了强而宽的O-H伸缩吸收带,证明在溶胶凝胶形成的过程中O-H官能团并没有消失,但纤维素气凝胶的吸收峰向高频率区移动,这是因为O-H的氢键缔合作用,在形成溶胶凝胶的过程中减弱.两者在1100 cm-1左右的吸收峰为C-O-C的对称性伸缩振动,说明在形成溶胶的过程中,氢键和其他键的重装并没有影响其官能团.经过疏水改性的木质纤维素在1600 cm-1左右出现了比木质纤维素明显的吸收峰（O-H弯曲峰）,进一步证明了疏水涂层的疏水性能.
3.3 纤维素气凝胶的孔径分布
图4 为纤维素气凝胶的吸附/脱附等温曲线,可以看到在P/Po为0.5～0.9的过程中吸附曲线有明显的滞后现象,形成一个封闭的滞后环,根据其他吸附等温曲线的分类,属于IV类吸附曲线.
氮吸附BET测试结果表面,木质纤维素气凝胶的比表面积为338.6 m2/g（脱气采用的相对蒸气压为0.05～0.35时的BET数据）,根据气体吸附等温线的分类可知,使用BJH方法确定材料的孔径分布,分析表面材料的孔径为14.2 nm,属于典型的纳米介孔材料,孔径集中在20～60 nm之间.正是由于气凝胶具有多孔的结构,才具有较高的隔热保温、吸附、降噪性能.
4 纤维素气凝胶的吸油憎水性能
为测试烷基化改性（三甲氧基硅烷）纤维素气凝胶的憎水性能,实验中通过美国AST公司生产的VCA Optima设备来测试样品的接触角,验证纤维素气凝胶的憎水效果.图5是对涂覆有MTMS纤维素气凝胶进行接触角测量的结果.
总结:本论文可用于气凝胶论文范文参考下载，气凝胶相关论文写作参考研究。
参考文献：
1、 羧壳聚糖接枝聚丙烯酸水凝胶制备体内外评价 摘要：以丙烯酸（AA）和羧甲基壳聚糖（CMC）为单体，通过热引发自由基接枝共聚反应，制备了一种新型pH敏感的羧甲基壳聚糖接枝聚丙烯酸（CMCgP。
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6、 郭庆辀和他水凝胶世界 “……如果我能够做到的话，我有权成为一位不寻常的人。我寻找机会，但我不寻求安稳。我不希望在国家的照顾下成为一名有保障的国民，那将被人瞧不起而使我。