木質素-RF有機氣凝膠的制備及其性能研究.pdf

1、有機氣凝膠具有獨特的多孔結構，它的高比表面積、納米級孔隙、納米級骨架碳微粒以及非晶態(tài)的結構形態(tài)等特性，有利于增強凝膠的表面吸附能力。氣凝膠是通過多官能團的酚類化合物和甲醛在堿性催化劑作用下，經過溶膠一凝膠、酸洗老化、溶劑交換、超臨界干燥過程制備而成。氣凝膠在力學、聲學、電學、熱學以及光學等領域都有潛在的應用價值，然而盡管其潛在用途廣泛，但由于制造成本高，合成周期長，導致氣凝膠的商業(yè)化推廣大受限制。針對這些問題，本文主要探討了以廉價酶解木

2、質素、間苯二酚酚類混合物制備天然高分子基有機氣凝膠的研究工作。
　　 本文以酶解木質素、間苯二酚和甲醛作為前軀體，以NaOH作為催化劑，利用溶膠一凝膠的方法制備具有納米多孔結構的木質素基RF有機氣凝膠，并對其微觀結構和性質進行了研究。內容包括氣凝膠的制備過程、制備條件的選擇和微觀結構的表征，為了進一步降低凝膠時間，在試驗中引入超聲波處理。研究反應物的濃度、催化劑比例以及木質素的含量對凝膠密度、干縮率以及孔隙結構的影響。利用比表面

3、和孔徑分布分析儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)、熱分析天平(TG)、紅外光譜(Fr-IR)等表征手段，研究了凝膠的微觀結構特點以及化學成分。論文主要研究內容如下：
　　 (1)用溶膠-凝膠法制備木質素基RF有機氣凝膠時，在凝膠溫度一定的情況下，反應物濃度、木質素的含量的提高都會使凝膠時間的延長，催化劑濃度的提高會使得凝膠時間縮短。實驗中得出此法制備凝膠的最低理論濃度為5％，低于此

4、濃度凝膠化需要很長時間甚至不發(fā)生凝膠化現象。木質素添加的最高比例為70%，木質素過量會導致反應體系不能形成凝膠，催化劑比例(LR/C)最高為200，催化劑濃度過低會使得凝膠過程中凝膠粒子成核和生長困難，因此凝膠時間過長，甚至不能凝膠?？傮w來說，當木質素最大添加量(L%)為50%，催化劑比例(LR/C)為75，反應物濃度為15%時，得到的凝膠性能最優(yōu)。凝膠的密度與體積干燥收縮率主要受反應物的濃度、催化劑的比例以及木質素含量的影響。得到的木

5、質素基RF氣凝膠的密度范圍為(0.244g/cm3-0.728g/cm3)，凝膠的干燥收縮率范圍從(19.1%-63.6%)。
　　 (2)對有機氣凝膠進行比表面積和孔徑分析研究結果表明，當木質素含量較高時，吸附等溫曲線具有V型等溫曲線部分特征，木質素基RF有機氣凝膠是以中孔占主導地位同時還具有大孔特征的四面開口型的孔隙相連的網絡狀多孔材料，而木質素含量為10%時和同等條件下得到的RF有機氣凝膠的吸附等溫線似乎更接近IV型等溫線

6、，在中等壓力區(qū)域，吸附等溫線上升緩慢接近水平，具備相當的微孔特征。當木質素含量為50%，得到凝膠的比表面積為191.43m2/g，平均孔徑大小為13.67nm。同等條件下得到的RF凝膠的比表面積為552.24m2/g，平均孔徑大小為5.89nm。BJH孔徑分布圖給出了木質素基RF有機氣凝膠和RF有機氣凝膠在中孔、大孔部分的分布情況。RF凝膠的孔徑分布范圍較小，孔徑主要集中在3-8nm的范圍內，當木質素含量為50%時，孔徑范圍變大，凝膠中

7、大孔的數目增多，孔徑也集中在10-20nm范圍內。對凝膠的斷面形態(tài)用掃描電鏡及透射電鏡觀察分析得出，木質素在一定程度上取代了部分的間苯二酚與甲醛行了聚合縮聚反應得到的凝膠顆粒由分子團簇組成，相互聚合，交聯在一起，顆粒的均勻性較好，具有持續(xù)的三維網絡結構，具有氣凝膠特征的微觀網絡形態(tài)。
　　 (3)利用紅外光譜及光電子能譜對凝膠及原料進行分析，并對C18譜線分峰擬合，發(fā)現隨木質素含量的增加后，C4對應的峰面積逐漸增大，木質素與其他