Page 84 - 《精细化工》2020年第7期
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·1366·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

            有着广泛应用和潜在价值            [1-2] 。溶解再生法是制备纤            有限公司；HCT-1 差示扫描量热仪（TG），北京恒
                                      [3]
            维素气凝胶材料的常用方法 。通过离子液体溶解                             久实验设备有限公司；UV-8000 紫外分光光度计，
            再生纤维素制备的气凝胶具有更大的比表面积和孔                             上海元析仪器有限公司。
            隙，且更加高效环保           [4-6] 。而采用超临界二氧化碳              1.2    实验方法
            （SC-CO 2 ）干燥法制备的纤维素气凝胶材料，不仅                        1.2.1    MCC 的制备
                                              [7]
            网状孔隙结构紧密而且孔径分布均匀 。                                     将棉秆皮纤维粉末以料液比 1∶15 （g∶mL）
                 近年来，氧化石墨烯（GO）纳米材料作为填料                         的比例加入到质量分数为 49%的硫酸中，在 45  ℃
            与纤维素混合制备气凝胶材料是热门研究领域。如                             下搅拌 2  h。将反应液在 300  W 的超声功率下处理
                       [8]
            ZHANG 等 通过冷冻干燥法制备纤维素氧化石墨                           5 min。过滤后，用去离子水反复清洗直至接近中性。
            烯气凝胶，在 GO 占纤维素质量的 0.1%时，气凝胶                        最后，将反应液离心，装入透析袋（截留相对分子质
                                                                                                           2–
            的抗压强度提高 30%、杨氏模量提高 90%。陈艳果                         量为 14000）透析 24 h，并用氯化钡检验残留的 SO 4
              [9]
            等 通过冷冻干法制备纤维素氧化石墨烯气凝胶，                             是否被完全去除。最后，将透析好的 MCC 进行干燥。
            GO 与纤维素质量比为 5∶95 时，气凝胶燃烧速率                         1.2.2    MCC-GO 混合液的配制
            降低，峰值热释放速率减少了 57.7%，阻燃效果好。                             称取 10 g [BMim]Cl 放入三口烧瓶中，80  ℃下
            XU 等  [10] 通过加入还原氧化石墨烯制备了机械强度                      持续搅拌至透明。加入干燥后的 MCC，MCC 含量
            高、热稳定好的纤维素石墨烯水凝胶和气凝胶。目                             （以[BMim]Cl 质量为基准）分别为 1%、2%、3%、
            前报道的纤维素和 GO 混合气凝胶材料多为柱形块                           4%、5%，继续搅拌至溶解。将一定质量的 GO 加入
            状材料，并且多是对其力学和热学性能的探讨，而                             到 5  g  DMSO 中，然 后超声 分 散 4  min 制成
            GO 对纤维素气凝胶球孔隙结构和粒径大小影响的                            GO/DMSO 混合液，再将混合液加入到 MCC 和
            报道较少。                                              [BMim]Cl 溶液体系中继续搅拌 3  h。其中 GO 含量
                 本文以棉秆皮微晶纤维素（MCC）和 GO 为原                       （以醇凝胶球成型最佳的 MCC 质量为基准）分别
                                                               为 0、3%、6%、9%，最后将混合液真空脱泡 30 min，
            料，通过离子液体溶解再生、垂直悬滴法、SC-CO 2
            干燥法制备出纤维素 GO 气凝胶球。分析了 MCC                          静置 24 h，制得 MCC-GO 混合液。
            和 GO 含量对醇凝胶球成型、气凝胶球粒径大小及                           1.2.3    气凝胶球的制备
            均匀程度、对亚甲基蓝染料吸附能力的影响。为 GO                               以去离子水为凝固浴，将 MCC-GO 混合液经推
            改善纤维素气凝胶球产生的收缩和增强其吸附能力                             进器针头推出，采用悬滴法制备微球。将所制备的
            提供了理论依据。                                           微球在水中持续磁力搅拌，直至使用硝酸银检测
                                                               [BMim]Cl 已去除干净。用乙醇反复清洗微球，将其
            1   实验部分                                           中的去离子水置换出去制成醇凝胶球。最后，将醇
                                                               凝胶球置于 SC-CO 2 高压釜中，在温度为 40  ℃下、
            1.1   材料与仪器
                                                               压力为 12 MPa、CO 2 流量 20 g/min 的条件下，持续
                 棉秆皮纤维，山东单县棉花种植农户；去离子
                                                               干燥 3 h 得到气凝胶球。其制备流程如图 1 所示。
            水，实验 室自制； 氯化 1- 丁基 -3- 甲基咪唑
            （[BMim]Cl），AR，上海成捷化学有限公司；硫酸、
            氯化钡、二甲基亚砜（DMSO），AR，天津科密欧
            化学试剂有限公司；乙醇，AR，天津长园电子材料
            有限公司；多层 GO（质量分数为 99%），苏州碳峰
            科技；硝酸银，AR，天津天感化工技术开发有限公
            司；亚甲基蓝，AR，天津致远化学试剂有限公司。
                 RHP-600 粉碎机，浙江荣浩光贸有限公司；PL203
            电子天平、JJ-1 精密定时电动搅拌器、ZKYY-2L 智
            控油浴锅，金坛市荣华仪器有限公司；FS-750T 超

            声波处理器，上海生析仪器有限公司；TG16-WS 高                                   图 1    气凝胶球制备流程示意图
            速离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；推                             Fig. 1    Schematic diagram of preparation process of aerogel
            进器，实验室自制         [11] ；超临界二氧化碳（SC-CO 2 ）                 spheres

            干燥装置，美国 Waters 公司；JSM-7800F 扫描电子                   1.3   结构表征与性能测试
            显微镜（SEM），日本 JEOL 公司；Nicolet iS5 傅里                 1.3.1    醇凝胶球成型观察
            叶变换红外光谱仪（FTIR），美国 PerkinElmer 仪器                       使用单反相机在相同尺度下对不同纤维素含量
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