张 洁, 段荣帅, 李子江, 王 慧, 张 宁, 张淑亚, 司传领*

(1.山东商业职业技术学院,山东 济南 250103； 2.天津市制浆造纸重点实验室,天津科技大学 轻工科学与工程学院,天津 300457)

1 生物质基碳气凝胶的制备

1.1 概述

碳气凝胶通常采用溶胶-凝胶法得到前驱体凝胶,再经溶剂置换和干燥处理得到气凝胶,最后在惰性气体保护下高温炭化制得。表1总结了碳气凝胶的制备过程及机理。

表1 碳气凝胶的制备过程及机理Table 1 Preparation process and mechanism of carbon aerogel

1.2 制备过程

1.2.1溶胶-凝胶化 对于不同的生物质基碳气凝胶原料处理方法也不尽相同,以纤维素为原料时,通常是采用酸水解、酶水解、机械处理等方式获得纤维素微米级或纳米级单元分散液,溶胶内分子之间通过化学键、氢键、范德华力等作用相互交联凝胶化,得到具有网状结构的固态凝胶。而具有三维网络结构的生物质原料和细菌纤维素因自身处于交联状态而不需要溶胶-凝胶过程[9-10]。

1.2.2干燥 干燥的目的是除去凝胶中的溶剂并维持其三维结构的完整,碳气凝胶材料的干燥方法主要包括超临界干燥、冷冻干燥和常压干燥3种[11-13]。其中采用超临界CO2干燥技术可得到三维骨架结构较完整、比表面积较大的气凝胶,是比较适合生物质基凝胶的干燥方式,但是操作步骤繁琐、周期长、成本高,不适用于工业化生产。常压下凝胶孔内的液体在蒸发时,气液界面处的表面张力会产生巨大的收缩应力,使凝胶骨架发生聚集甚至坍塌或碎化。通过降低溶剂的表面张力或增强纳米骨架结构,可降低孔结构的塌陷和收缩程度。……