纳米纤维素基气凝胶改性及疏水性研究开题报告

1. 研究目的与意义

纳米纤维素是一种纳米生物材料，它的来源丰富，可再生力强。

气凝胶具有高孔隙率、低密度、低热导率等特点。

这里将金属有机框架（mof）颗粒与纳米纤维素结合所制备的复合气凝胶具有比表面积大、孔隙率高和机械性能好等特性，更是提高了其吸附能力，因此是一种机具开发价值的绿色吸附材料。

2. 国内外研究现状分析

作为地球上储量最丰富的可再生、可降解的天然高分子材料,纤维素它不仅是植物的重要组成部分，也是一种重要的化学资源，因此一直备受研究学者们的关注。经研究发现利用纤维素的韧性、轻质、成膜性等特性可以提高无机功能材料的综合性能。由农林等废弃物提取出来的纳米纤维素通过溶胶―凝胶法可制备出纳米纤维素气凝胶，其特有的刚性骨架和多孔结构，可作为模板使新材料获得多孔结构，并可将无相互作用的组分利用复合技术组成复合材料，从而改变材料的性能，使其得到更广泛的应用。但由于气凝胶较大的比表面积，其表面存在大量的羟基，且表现出极强的氢键作用和亲水性，使纤维素气凝胶材料在潮湿、水环境下应用受限，使得纤维素气凝胶材料应用具有一定的局限性。为解决这一问题，国内外研究者探索采用物理或化学方法对纤维素气凝胶进行疏水改性，从国内外研究现状可以看出，纤维素气凝胶在经过疏水性改性后，其更加具备了成为优秀吸油材料的潜力。纳米纤维素气凝胶作为新生代的气凝胶材料，具有传统二氧化硅气凝胶和聚合物气凝胶优异性能和自身优良的生物相容性,可降解性,可应用于吸附剂、药物运载组织工程、隔热隔音材料、过滤材料、传感器等不同领域。

国内外有以针叶木浆为原料，利用机械法即高浓磨浆的方法，制备纳米纤维素的案例。采用TEMPO 氧化制备氧化纳米纤维素，并利用氧化出来的羧基，在N－羟基琥珀酰亚胺/1－(3－二甲氨基丙基)－3－乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC/NHS) 体系中，通过简单的多元胺接枝氨基，对制备的改性纳米纤维素进行了离子吸附性能的检测。也有通过简单工艺过程，利用水热还原法将纤维状的碳纳米管与片状的石墨烯复合，探究其最佳配比，制备出碳纳米管-石墨烯复合气凝胶，考察所制备的复合气凝胶的机械强度、疏水性及吸附性能。CNFs 可作为吸附剂用以去除废水中的污染物，目前其用于吸附去除废水中的重金属离子和有机物的居多，在除磷方面应用较少。此外，国内外学者对吸附除磷的研究以磷浓度在 20mg/L 以上的废水为主，而对生活污水这种磷浓度含量在 10mg/L 以下的研究文献相对较少。有研究采用 TEMPO-NaClO-NaBr（TEMPO 表示 2,2,6,6-四甲基哌啶-N-氧自由基）氧化体系 机械剪切结合的方法制备纳米纤维素（CNFs），并用不同的金属氧化物和氢氧化物对其进行改性处理。选择浓度10mg/L 的模拟含磷生活污水，将改性前后的 CNFs 用于吸附除磷，比较改性前后 CNFs 和不同改性 CNFs 对磷的去除效果，选择最佳改性 CNFs。

就目前来说，改性处理是纤维素气凝胶材料得以广泛应用的处理手段之一，经过改性处理的纤维素气凝胶使得其运用范围的局限性大大减小，其独特的纳米多孔结构使其具有优异的性能，具有极低的密度、很高的孔隙率，极大的比表面积、良好的绝热性能、等特性，基于这些特点使得这些复合气凝胶材料被广泛应用于隔热、吸附、过滤、医疗等领域，使之成为科学家们的研究热点。

3. 研究的基本内容与计划

（1）纳米纤维素的制备；

（2）制备纳米纤维素基混合气凝胶；

（3）利用mts对复合气凝胶进行疏水处理,观测疏水改性的效果；

4. 研究创新点

（1）采用纳米纤维素作为实验原料，来源广泛，成本低廉，绿色环保，具有一定的实用意义；（2）由金属有机框架颗粒（MOFs）/纳米纤维素制成柔性多孔的混合气凝胶具有很大的比表面积，并且进行疏水处理后首次被用于吸油材料。