【摘 要】
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石墨烯气凝胶是一种以石墨烯为前驱体的具有高孔隙率、高比表面积、低密度以及良好化学稳定性和热稳定性的新型材料,具有非常广阔的应用前景。然而目前石墨烯气凝胶的工业化道路任重而道远。在石墨烯气凝胶吸附有机物领域,完善孔道调控体系,提高机械性能以及孔道占有率是应用的关键。本文研究了用GO稳定的Pickering乳液(G-Pickering乳液)为软模板制备石墨烯气凝胶过程中的影响因素。主要探索了直链醇类对
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石墨烯气凝胶是一种以石墨烯为前驱体的具有高孔隙率、高比表面积、低密度以及良好化学稳定性和热稳定性的新型材料,具有非常广阔的应用前景。然而目前石墨烯气凝胶的工业化道路任重而道远。在石墨烯气凝胶吸附有机物领域,完善孔道调控体系,提高机械性能以及孔道占有率是应用的关键。本文研究了用GO稳定的Pickering乳液(G-Pickering乳液)为软模板制备石墨烯气凝胶过程中的影响因素。主要探索了直链醇类对Pickering乳液液滴粒径的影响,石墨烯水凝胶洗涤剂最佳配比,还原剂乙二胺的用量对气凝胶体积及机械性能的影响以及预冷冻时间对气凝胶机械性能和孔道的影响。通过分析反应机理,将微观和宏观现象相结合,分析材料表征等手段对产生的现象做出了合理的解释,并考察了石墨烯气凝胶的吸油性能。采用GO制备G-Pickering乳液,通过在显微镜下观察添加不同含量的乙醇、丙醇、丁醇这三种直链醇类所形成的Pickering乳液液滴粒径的大小,发现醇在添加量为0.5%~2.0%的范围内,均可使G-Pickering乳液液滴粒径达到最小值。为以后乳液模板粒径的调控提供了思路。探究最佳洗液,通过利用不同配比的丙酮水洗液洗涤石墨烯水凝胶,发现丙酮和水的体积配比是7.5:1的洗液比纯丙酮洗液有更高的洗涤效率。探究最佳还原剂用量,通过添加不同量还原剂乙二胺(EDA)制备石墨烯气凝胶,发现气凝胶的体积、表面粗糙度和机械性能受EDA的影响。在一定的EDA用量范围内,提高其用量有助于提高气凝胶的抗形变能力。在EDA含量为0.9%时,气凝胶的体积最大,表面最光滑,弹性最好。探究预冷冻时间对材料机械性能的影响,制备了不同预冷冻时间的石墨烯气凝胶。发现延长预冷冻时间可以提高石墨烯气凝胶内壁褶皱程度,使其内部产生管状结构,进而提升其机械性能。预冷冻时间为48 h的石墨烯气凝胶其最大应力为5.41 k Pa,能量耗散系数为0.4左右,这对石墨烯气凝胶机械性能的提高具有一定的指导意义。本实验所制备的石墨烯气凝胶孔隙率高达99.8%,密度低至5.07 mg·cm-3,其单位质量孔道体积高达196.84 cm~3·g-1,这使其能够对水上浮油实现快速吸附,对正己烷、环己烷、甲苯、氯仿等纯油的吸附量达到114~286 g·g-1之间。单位质量气凝胶对纯有机物的吸附体积为178.5 cm~3,吸油的孔道占有率达到90.68%。
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