木棉基炭气凝胶的制备、表征及其吸附性能研究

侯浩强， 孙文野， 李双宾， 苗祥森， 刘守新

(东北林业大学 材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

炭气凝胶是将气凝胶经高温炭化后得到的一种具有三维立体结构的炭材料，它保留了气凝胶轻质多孔、比表面积高和炭材料化学稳定性高的优点[1]。尤其是炭化过程赋予了炭气凝胶表面疏水和孔隙发达的结构，使其对有机溶剂和油类具有良好的吸附性能[2-4]，在油水分离[5]、有机溶剂泄露[6]及溢油处理[7]等领域有良好的应用前景。然而，传统的酚醛炭气凝胶不仅存在原料有毒且价格高的缺点，而且凝胶化过程长、干燥成本高[8]。因此，寻找低成本原料，优化炭气凝胶的制备方法及条件是炭气凝胶规模化应用的必由之路。目前，炭气凝胶的制备过程大多使用超临界干燥[9-10]和冷冻干燥[11]。超临界干燥利用超临界流体消除了溶剂在气液界面的表面张力，不会引起凝胶的收缩和开裂，基本保持了凝胶的网络结构[9]。但是超临界干燥时需要高温高压条件，使干燥设备成本高，操作具有一定的危险性。冷冻干燥工艺中，凝胶内的溶剂先冷冻凝固，随后在低温低压下通过升华的方式消除溶剂从而避免气液界面的形成。冷冻干燥周期长，且必须配备真空系统和低温系统，操作成本较高[11]。常压干燥可以解决上述2种干燥方法所存在的成本问题，目前已有通过使用溶剂置换[12]和添加表面活性剂[13]的方法进行常压干燥制备炭气凝胶的报道[14-16]。生物质是自然界中储碳量最丰富的物质，具有来源广泛、价格低廉、环境友好等优点，利用生物质资源作为前驱体制备生物质基炭气凝胶的研究备受关注[17-20]。……