石墨烯/纤维素复合凝胶的合成及性能开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

在现在这个重视环保、节约能源的社会,纤维素这种绿色资源完全符合人类可持续发展的需求。

作为石墨烯的重要衍生物,氧化石墨烯(GO)表面含有大量含氧活性基团,便于GO化学功能化修饰,具有比表面积大、机械稳定性高和光学性能强等优点,以满足诸多领域的应用,如药物缓释,污水处理等等。

材料复合往往能够同时保留复合原料的显著优点和特点,而高分子复合水凝胶具有保水性好,结构稳定,易于设计加工,粘弹行为优良,具有一定的机械强度等优点,因此如何将这两种材料有效复合形成高分子水凝胶受到日益广泛的关注。

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2. 国内外研究现状分析

TEMPO( 2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基) /NaBr /NaClO 体系可以在水溶液中选择性氧化纤维素伯醇羟基,天然纤维素的氧化发生在微纤维表面,能引入羧基、醛基而不改变纤维形态和结晶度。

Koga 等发现氧化的纳米纤维素可以促进碳纳米管在水中的分散,猜测是因为纤维素轴向平面和二维碳材料π共轭结构之间存在CH-π作用。

Kitaoka 等将纤维素溶解在铜乙二胺溶液中,通过瞬间接触,在原子力显微镜中观察到了高定向裂解石墨表面的纤维素分子链,由此可见纤维素与石墨之间存在一定的相互作用。

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3. 研究的基本内容与计划

1. 称量9.87g ZnCl2,0.3g CaCl2,3.63g H2O倒入烧杯中,搅拌至完全溶解,再加入0.2g棉短绒,75℃下搅拌至棉短绒完全溶解。

2. 称量一定量的氧化石墨烯或氨基化石墨烯倒入2.5g水中,超声分散后加入到纤维素溶液中,75℃下搅拌均匀,然后90℃下超声至没有气泡。

3. 对石墨烯/纤维素复合凝胶进行表征,研究不同用量的石墨烯对纤维素凝胶的增强作用。

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4. 研究创新点

石墨烯由于其片状结构、分子间力、相容性问题,难以在其他基体中分散,而氧化还原反应生产的石墨烯因采用强氧化剂氧化,在石墨烯层之间产生了氧化基团,降低了分子间力,与其他方法石墨烯相对而言其分散可能行性大大提高。

因此,在本实验中将采用浓硫酸、KMnO4等强氧化剂制得氧化石墨烯,从而解决石墨烯难以分散的问题。

氧化石墨烯表面含有大量含氧活性基团,有利于进行化学功能化修饰,本实验采用PEI对氧化石墨烯进行表面接枝改性,以增加石墨烯表面的无序性和表面氨基等活性基团。

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