纤维素基碳气凝胶的最佳制备温度
阻燃纤维素气凝胶的制备工艺优化
阻燃纤维素气凝胶的制备工艺优化阻燃纤维素气凝胶的制备工艺优化阻燃纤维素气凝胶是一种具有优异阻燃性能的材料，能够在高温环境下起到有效的阻燃作用。
下面将根据制备工艺优化的思路，逐步介绍阻燃纤维素气凝胶的制备过程。
第一步：材料准备首先，准备所需的原材料。
阻燃纤维素气凝胶的主要成分为纤维素纤维和阻燃剂。
选择高纯度的纤维素纤维，如木质纤维素，可从天然木材中提取得到。
同时，选用高效的阻燃剂，如磷酸铵，能够显著提高气凝胶的阻燃性能。
第二步：纤维素纤维的预处理将纤维素纤维进行预处理，以提高其可溶性。
首先，将纤维素纤维切碎成适当大小的颗粒。
然后，使用化学方法，如酸碱处理或酶解，去除纤维素纤维中的杂质和非纤维素部分。
这样可增加纤维素纤维的纯度和可溶性，有利于后续的制备工艺。
第三步：溶解纤维素纤维将预处理后的纤维素纤维溶解于适当的溶剂中。
一般来说，选择无机盐溶液或有机溶剂作为溶剂，如氢氧化钠溶液或氢氧化锂溶液。
通过调控溶剂的浓度和温度，可以实现纤维素纤维的溶解，并形成纤维素溶液。
第四步：添加阻燃剂将事先准备好的阻燃剂逐渐加入纤维素溶液中，并充分搅拌混合。
在混合过程中，可以控制阻燃剂的添加量和速度，以确保阻燃剂均匀分散在纤维素溶液中。
这样可以使阻燃剂与纤维素纤维充分接触，提高阻燃效果。
第五步：凝胶化将混合好的纤维素溶液放置一段时间，使其发生凝胶化反应。
凝胶化是指纤维素溶液中的纤维素分子通过交联作用形成三维网状结构，使溶液变得凝胶状。
通过控制凝胶化的条件，如温度和时间，可以调节凝胶的性质和结构。
第六步：干燥将凝胶状的纤维素溶液进行干燥处理，以去除其中的溶剂和水分。
可以选择自然干燥或加热干燥的方式进行。
在干燥过程中，要注意控制温度和湿度，以避免过高的温度引起纤维素的分解或产生不良的物理结构。
第七步：表面处理对干燥后的阻燃纤维素气凝胶进行表面处理，以进一步提高其阻燃性能和稳定性。
可采用化学方法，如表面包覆或浸渍处理，将阻燃剂沉积在气凝胶的表面或内部，增加其阻燃效果。
纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的制备与性能研究
纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的制备与性能研究一、本文概述纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料作为一种新兴的纳米材料，近年来受到了广泛的关注和研究。
这种材料结合了纤维素气凝胶的高比表面积、多孔结构和良好的生物相容性，以及纳米复合材料的独特性能，如增强的机械强度、光学性能和电磁性能等。
这些特点使得纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料在能源、环境、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
本文旨在全面介绍纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的制备方法和性能研究。
我们将概述纤维素气凝胶的基本特性和制备原理，以及纳米复合材料的基本原理和优势。
接着，我们将详细介绍纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的制备方法，包括材料选择、工艺流程、复合技术等。
在此基础上，我们将探讨这种复合材料的性能特点，如力学性能、热学性能、电磁性能、光学性能等，并通过实验数据验证其性能优势。
我们将展望纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料在未来的应用前景和发展方向，为相关领域的研究提供参考和借鉴。
通过本文的阐述，我们期望能够为读者提供一个全面、深入的了解纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的平台，推动该领域的研究和发展。
二、材料制备纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的制备是一个复杂而精细的过程，涉及到纳米技术与高分子科学的交叉。
我们选取高质量的纤维素作为基材，通过化学方法将其转化为水溶性的纤维素衍生物，以便后续的凝胶化过程。
在这一步骤中，我们严格控制反应条件，确保纤维素的转化率高且产物稳定性好。
接下来，我们将转化后的纤维素与纳米级的功能性填料进行混合。
这些填料可以是金属氧化物、碳纳米管、或具有特殊光学、电学性质的纳米粒子。
混合过程中，我们利用高分子物理的原理，通过调控温度、压力和pH值等参数，使纤维素与纳米填料之间形成稳定的界面结合。
随后，我们将混合液进行凝胶化处理。
在这一过程中，纤维素分子链通过氢键等相互作用形成三维网络结构，同时将纳米填料均匀地分散在网络中。
我们利用特定的凝胶化技术，如冷冻凝胶化或化学凝胶化，确保气凝胶的孔结构和纳米填料的分布达到最佳状态。
纳米纤维素基多层级孔道结构碳气凝胶的制备及在锂电池中的应用
纳米纤维素基多层级孔道结构碳气凝胶的制备及在锂电池中的应用孔雪琳;卢芸;叶贵超;李道浩;孙瑾;杨东江;殷亚方【摘要】采用纳米精磨法对商品桉木浆进行纳米纤丝化处理,得到了高长径比、尺寸均一的纳米纤丝化纤维素(NFC),平均直径为230.10 nm,长度达数十微米.将其组装、干燥后制得具有大量介孔的纳米纤丝化纤维素气凝胶(NFCA).将NFCA在氮气氛围下高温碳化制得碳气凝胶(CNFA),或在氢氧化钾条件下辅助碳化制得具有多层级孔道结构的碳气凝胶(CNFA-A),在保留的碳气凝胶骨架结构上进行孔洞构建.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征及Nanomeasure?统计分析,发现NFC的平均直径经碳化后减小到53.16 nm.利用X射线衍射(XRD)、BET 比表面积测试和拉曼光谱揭示了碳化处理对纳米纤维素结构、比表面积、石墨化程度和缺陷的影响.结果表明,KOH辅助碳化处理后的碳气凝胶不仅保留了纤维素气凝胶前驱体的网络结构,还在其骨架上二次构建了更多的微孔和介孔,其比表面积高达488.92 m2/g,总孔容为0.404 cm3/g,所得的碳骨架被部分石墨化,具有良好的导电性.这类源于生物质的高比表面积碳气凝胶在被用作锂离子电池(LIB)负极材料时表现出优异的电化学性能,在电流密度1 A/g下连续充放电1000次后比容量达到409 mA·h/g,在电流密度高达20 A/g下,比容量还能维持在219 mA·h/g.%The nanofibrillated cellulose ( NFC ) with large aspect ratio and uniform size ( mean diameter is 230. 10 nm) was fabricated from commercial eucalyptus pulps by scale-up nano-grinding. Then the NFC was assembled to NFC aerogels(NFCA) with three-dimensional(3D) frameworks. After carbonization of NFCA under N2 atmosphere, the carbon nanofiber aerogels( CNFA) were generated with the inherited 3D network structure.With futher KOH-assisted annealing of CNFA, the hierarchical porous carbon aerogels( denoted as CNFA-A) were finally obtained. CNFA-A combined the inherited original 3D network from NFCA and the secondary constructed micropore-mesopore structure. The mean diameter of CNFA-A was diminished to 53. 16 nm. The structures of three kinds of cellulose-based aerogels were characterized by scanning electron microsco-py(SEM) and transmission electron microscopy ( TEM), and the statistic diameter of nanofibril building-blocks was obtained by Nanomeasure ?. The graphitization degree of cellulose-based aerogels was investigated by X-ray diffraction( XRD) and Raman spectroscopy, and the specific surface area was measured through BET specific surface area test. The specific surface area of CNFA-A is as high as 488. 92 m2/g and the total pore volume can reach up to 0. 404 cm3/g. In addition, as anode material for lithium ion battery, the CNFA-A exhibits a high reversible capacity ( 448 mA · h/g at 1 A/g ) , an excellent rate capability ( 219 mA · h/g at 20 A/g) and an outstanding cycling performance(409 mA·h/g at 1 A/g after 1000 cycles).【期刊名称】《高等学校化学学报》【年(卷),期】2017(038)011【总页数】6页(P1941-1946)【关键词】纳米纤丝化纤维素;气凝胶;碳化;多层级结构;锂离子电池【作者】孔雪琳;卢芸;叶贵超;李道浩;孙瑾;杨东江;殷亚方【作者单位】青岛大学材料科学与工程学院,青岛266071;中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091;中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091;青岛大学材料科学与工程学院,青岛266071;青岛大学材料科学与工程学院,青岛266071;青岛大学环境科学与工程学院,青岛266071;青岛大学环境科学与工程学院,青岛266071;中国林业科学研究院木材工业研究所,北京100091【正文语种】中文【中图分类】O613.71;O636.1纤维素是一种由β-(1→4)糖苷键连接脱水-D-葡萄糖单元构成的高分子, 广泛存在于植物中, 是植物细胞壁最主要的成分之一, 是地球上最丰富的天然高聚物. 如今, 人们已经从细胞壁中成功制备了环境友好的纳米纤丝化纤维素(NFC)[1,2]. 通过精细盘磨、高频超声[3,4]、高压均质等简单的机械处理, 可以用较低的成本制备出尺寸均一的NFC. 通过一定的组装手段, 可将NFC构建成具有三维网络结构的纳米纤丝化纤维素气凝胶(NFCA). 这类仅含C, H, O的绿色新型气凝胶是新型碳材料的理想前驱体[5], 可以通过热解直接成为碳气凝胶. 最重要的是, 高温碳化后的碳气凝胶不仅保持了NFCA的三维网状结构, 还具有良好的机械性、疏水性和导电性等新功能, 可将NFCA原本局限在亲水或极性介质中的应用拓展到新能源储存与转化等领域[6].碳气凝胶是最具有前景的高性能材料之一, 是一种密度可调的轻质多孔碳材料, 具有多孔道网状结构, 其孔隙率可以高达80%～99%, 具有网络连续、电导率高、比表面积大及密度变化范围大等特点. 传统的碳气凝胶通常是由有机气凝胶(如间苯二酚-甲醛气凝胶、间苯二酚-甲醛(RF)气凝胶、三聚氰胺-甲醛气凝胶)经高温碳化后制得[7～10]. 这类有机气凝胶存在易碎、密度相对较高、孔隙率低、原料或生产过程毒性较高等缺陷. 相比之下, NFC作为碳气凝胶前驱体具有来源广泛、产量巨大、制备绿色、可再生、机械性能优异、可生物降解、生物相容性好[11,12]和改性位点多等显著优点, 是一种极具开发潜力的碳气凝胶前驱体[13], 有利于推动探索环境友好、成本低廉的碳气凝胶的大规模生产.碳材料在能源储存与转化等领域具有广泛应用, 但传统的碳材料理论容量和能量密度低、活性位点少, 限制了其在锂电池、超级电容器以及电催化方面的应用. 在追求提高碳材料的电化学性能而不降低其稳定性和功率密度的解决方案中, 具有特殊纳米结构的新型碳材料是人们探索的主要热点[14]. 目前, 对碳基纳米材料的研究还大多集中在化学还原和分离的石墨烯、碳纳米管(CNF)和炭黑等导电性好、比表面积高的碳材料上. 碳纳米管、碳纳米纤维、空心碳纳米球, 石墨烯等不同纳米结构的碳材料已被证明可增强锂离子电池(LIB)的性能[15～18]. 然而, 制备技术复杂、前驱体成本高、石油基原料不可再生等因素严重限制了纳米碳的工业化生产. 本研究中, 我们将由纳米精磨桉木浆制备的一维NFC可控组装成具有贯通孔道结构和三维网络结构的气凝胶, 在高温碳化后保留了其三维网络骨架结构, 并进行了二次孔道构建. 这种方法得到的碳气凝胶具有可控的多层级孔道结构和比表面积高、孔隙率高、机械性能优异、导电性良好等特点, 其连贯的三维网络结构上还具有大量的微孔, 是典型的微孔-介孔-大孔气凝胶. 这样的多孔道结构有助于缩短Li离子的插入-脱嵌过程的扩散路径, 为Li离子的传输提供更多的路径[19]. 较高的比表面积可以加快电子传导且能够束缚更多的Li离子, 有极高的稳定性; 同时其连贯的网络结构保证了电子/离子的定向传输途径和应力变化的强耐性, 作为阳极材料具有优异的物理性能和电化学性能. 由该碳气凝胶组装的LIB显示出优异的循环性能和良好的倍率性能, 为低成本锂电池的研究提供了新的思路.1.1 试剂与仪器桉木浆(Eucalyptus pulps)由中国林业科学研究院林产化学研究所提供; 氢氧化钾、N-甲基吡咯烷酮和六氟磷酸锂(分析纯)购自国药集团化学试剂品有限公司; 乙炔黑(分析纯)购自长沙电池厂; 聚偏氟乙烯(PVDF, 分析纯)购自武汉荟谱化学新材料有限公司; 透析袋(直径76 mm)购自美国Sigma-Aldrich公司; 氮气(纯度99.999%)购自北京市亚南气体科技有限公司; 实验用水均为去离子水.NoVaTMNano SEM 250型场发射扫描电子显微镜和FEI Tecnai G20型透射电子显微镜(美国FEI公司); Magna-IR 750型傅里叶变换红外光谱仪(美国Nicolet 公司); HR800型拉曼光谱仪(法国Horiba Jobin Yvon Lab RAM公司); NOVA 1200e比表面积分析仪(美国康塔仪器公司); CT2001A型电池测试系统(武汉蓝电电子有限公司); MKSS1-1012-B079型超级净化手套箱(德国米开罗那有限公司).1.2 实验过程1.2.1 机械法制备NFC 先将桉木浆分散在去离子水中, 形成固含量为2.5%(质量分数)的分散液. 采用盘磨机进行初步纳米纤丝化, 盘磨机的转速设定为2000 r/min, 磨盘间距设定为-20 μm. 分散液经盘磨后重新倒入物料槽, 如此往复3次在磨盘间进行纳米纤丝化, 将盘磨后的湿态纤维素分散在去离子水中, 得到浓度为1.0%(质量分数)的水分散液.1.2.2 纳米纤丝化纤维素气凝胶及碳气凝胶的制备将制得的纤维素上清液装入透析袋中, 然后放入叔丁醇中置换24 h, 并用磁力搅拌器进行机械搅拌, 剩余悬浮液体积约为原体积的1/3, 收集剩余的悬浮液装入瓶中后在超低温冰箱(-80 ℃)中冷冻, 然后转入冷冻干燥仪中干燥72 h(-55 ℃, 10 Pa)得到干燥的NFCA. 将NFCA放入管式炉中, 在空气中由室温加热至250 ℃(升温速率为2 ℃/min), 保温2 h后在氮气氛围下继续升温至800 ℃(升温速率为5 ℃/min), 保温1 h, 即得到相应的碳纳米纤丝化纤维素气凝胶(CNFA). 此外, 将CNFA在管式炉中用氢氧化钾进行辅助碳化, 控制氮气的流速为80 mL/min, 得到孔道结构二次构建的气凝胶CNFA-A.1.2.3 电化学测试将样品、乙炔黑和聚偏氟乙烯按照质量比为8∶1∶1的比例溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮中, 研磨形成膏状. 然后将悬浮液均匀地涂抹在Cu箔基底上, 放入真空烘箱中, 在120 ℃下干燥10 h制成电极片. 电解液为1 mol/L六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸亚乙酯(EC)/碳酸二甲酯(DMC)/碳酸二乙酯(DEC)(质量比为1∶1∶1)溶液. 在手套箱中组装成CR2016型纽扣电池. 在LAND CT2001A电池测试系统上进行充放电性能测试, 限制电压为0.01～3.0 V.2.1 纳米纤丝化纤维素的结构表征通过XRD和FTIR对按木浆原料和NFC进行晶体结构与化学结构的表征. 由图1(A)可见, 桉木浆和NFC均呈现典型的天然纤维素Iβ型结构, 在14.3°, 16.8°和22.5°出现了和(002)晶面的衍射峰. 可见纳米纤丝化处理并没有改变纤维素的晶型. 图1(B)中桉木浆和NFC的FTIR图均在3300～3450 cm-1附近和2910 cm-1附近出现强吸收峰, 归属于分子链上羟基O—H和C—O的伸缩振动; 1636 cm-1处的明显吸收峰来自于CO伸缩振动. 此外, 桉木浆和NFC在1430和1030 cm-1处均出现较明显的纤维素Iβ特征峰[20], 说明纳米精磨机械处理不会改变纤维素的化学结构.2.2 碳化处理与孔结构二次构建对气凝胶骨架结构的影响图2分别为NFCA、 CNFA及CNFA-A的SEM照片和相应的直径分布统计图(对200个纤维直径进行数值测量统计). 由图2(A)和(D)可见, NFCA的形貌均匀细长, 表面光滑, 平均直径为230.10 nm. 碳化后的CNFA直径大幅度减小, 平均直径为90.92 nm[图2(B), (E)]. 这是因为高温碳化过程中发生了脱氢脱氧, 其结构发生了重组[21]. 碳化孔道构建后的CNFA-A的纳米纤丝相互交错成网状结构, 较二次构建前的直径进一步减小[图2(C)及其插图], 统计分析显示其平均直径仅为53.16 nm[图2(F)].2.3 纤维素气凝胶的孔径分布与结构表征为进一步观察处理过程中气凝胶孔结构的变化, 采用N2吸附-脱附来分析材料孔道分布的微观结构. 如图3所示, 根据IUPAC气体吸附等温线的分类标准, NFCA,CNFA和CNFA-A的N2吸附-脱附等温线均属于IV型吸附曲线. 其中, 由NFC组装而成的NFCA的比表面积为111.69 m2/g, 总孔容为0.283 cm3/g. 由于纤维网络在热解过程中形成了大量孔隙, 高温热解后的碳纤维气凝胶的比表面积发生了显著提升, 但由于高温热解导致NFCA中部分介孔孔洞坍塌, 碳化后比表面积为423.77 m2/g, 总孔容为0.317 cm3/g. KOH辅助的高温二次构建后的CNFA-A 比表面积高达488.92 m2/g, 总孔容为0.404 cm3/g. 这是因为KOH高温下通过氧化还原反应腐蚀碳气凝胶网络结构, 在K渗入石墨层的过程中生成大量孔结构[22]. 通过非定域密度函数理论(NLDFT)分析[23], 孔结构二次构建后的CNFA-A增加了少量的微孔及部分介孔.通过Raman测试表征了CNFA及CNFA-A的石墨化程度. 图4(A)中出现了2个明显的峰, 一个是由C—C键的振动形成的D带(1335～1350cm-1), 对应样品的无序部分或有缺陷的石墨结构; 另一个峰是碳原子的sp2电子排布形成的G带(1585～1590 cm-1), 为样品石墨相的特征峰. ID/IG强度比可用于表征样品的石墨化程度[24,25]. CNFA-A的ID/IG值CNFA更高, 且G峰和D峰的半峰宽增加, 揭示了CNFA-A的石墨化程度更低, 无序缺陷结构更多. XRD谱[图4(B)]在2θ=25°处较宽的衍射峰也表明碳化后生成了无定形碳.2.4 纤维素碳气凝胶的锂电性能为了研究样品作为锂离子电池负极材料的电化学性能, 对CNFA-A进行了恒电流充放电测试. 图5(A)是CNFA-A的1～3次充放电循环的恒电流充放电曲线, 电流密度为1 A/g, 电压范围0.01～3.0 V(vs. Li+/Li). 第1次恒电流放电曲线在1.2 V处有1个放电平台, 首次的充、放电比容量分别为994和448 mA·h/g, 库仑效率为45%, 第1次充放电过程中产生不可逆容量的原因是材料表面的电解液与多孔碳气凝胶电极材料反应生成了固体电解质界面膜(SEI). SEI的形成消耗了部分锂离子, 使得首次充放电的不可逆容量增加, 降低了负极材料的库仑效率[26]. 随后的第2次和第3次的充放电循环过程中, 材料的充电比容量分别为437和423 mA·h/g, 变化不大, 说明材料性能稳定.锂离子电池负极材料的使用寿命是很重要的电化学性能指标. 图5(B)示出了材料的比容量和循环稳定性能, 测试在0.01～3.0 V的电位窗口、 1 A/g的电流密度下进行. 结果表明, 循环1000周后, CNFA的比容量为279 mA·h/g, CNFA-A的比容量达到409 mA·h/g, 且二者均具有良好的稳定性, 容量保持率均在80%以上. 由图5(C)可见, CNFA和CNFA-A均具有非常好的倍率性能. 同一电流密度下, 材料的比容量保持稳定; 随着电流密度的增加, 材料的比容量逐渐变小. CNFA-A在2, 5和10 A/g 3个不同电流密度下的比容量分别为416, 323和260 mA·h/g. CNFA在1 A/g电流密度下的比容量为310 mA·h/g, 经过倍率性能循环后, 电池的容量几乎未发生变化. 而CNFA-A在经过倍率循环后, 比容量同样未发生变化, 但倍率性能稍有衰减. 在电流密度为20 A/g时, CNFA-A电池的平均容量约为219 mA·h/g, 说明这种碳材料具备大电流快速充放电的潜力, 这得益于材料较大的比表面积及本身多层级的孔洞结构有利于增加与电解液的接触面积. 而微孔结构较多的热解碳材料会形成更加稳定的SEI膜[27], 从而避免了溶剂分子对电极材料的破坏, 因而此气凝胶作为电极材料具有优异的循环稳定性能.通过采用纳米精磨法对按木浆进行纤丝化处理, 制备出直径均一、高长径比的NFC(平均直径为230.10 nm). 将NFC组装成具有3D网络结构的气凝胶后进行高温碳化处理, 并在保留的碳气凝胶骨架结构上进行了孔道二次构建, 得到具有多层级孔道结构的高比表面积碳气凝胶. 其内部网络纤维的平均直径为53.16 nm, 比表面积高达488.92 m2/g. 该新型碳材料在被用作锂离子电池负极材料时表面出较高的容量、良好的循环稳定性及理想的倍率性能. 在电流密度为1 A/g下连续充放电1000次后比容量达到409 mA·h/g, 在电流密度高达20 A/g下比容量还能维持在219 mA·h/g.† Supported by the National Natural Science Foundation of China(No. 31500468) and the Fundamental Research Funds for the Central Non-profit Research Institution of CAF(No. CAFYBB2016QB012).【相关文献】[1] Arioli T., Peng L., Betzner A. S., Sci., 1998, 279(5351), 717—720[2] Zhu H., Luo W., Ciesielski P. N., Fang Z., Zhu J. Y., Henriksson G., Himmel M. E., Chem. Rev., 2016, 116(16), 9305—9374[3] Zhao H. P., Feng X. Q., Gao H., Appl. 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纤维素气凝胶 冷冻干燥
纤维素气凝胶冷冻干燥
纤维素气凝胶是一种具有重要应用价值的生物材料，在生物医学领域、食品工业和环境保护等方面均有广泛的应用。
其中，冷冻干燥是一种常见的纤维素气凝胶制备方法。
冷冻干燥是指将纤维素气凝胶在低温条件下冷冻成固态，然后在真空条件下进行干燥处理，从而获得干燥的纤维素气凝胶。
这种制备方法具有以下优点：
1. 保持原有结构：冷冻过程中，纤维素气凝胶会形成冰晶，但经过干燥处理后，这些冰晶会转化为气态水分，从而不会对纤维素气凝胶的结构造成破坏，保持了原有的结构和性质。
2. 保持活性：冷冻干燥过程中，由于低温和真空条件的作用，可以保持纤维素气凝胶中的活性成分不被破坏，从而保证了其在应用过程中的效果。
3. 储存和运输方便：冷冻干燥后的纤维素气凝胶具有较低的含水量和较好的稳定性，便于储存和运输。
总之，冷冻干燥是一种简单、有效的纤维素气凝胶制备方法，可以保持其原有的结构和活性成分，是一种非常有前途的制备方法。
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碳气凝胶的制备
碳气凝胶的制备碳气凝胶是一种新型多孔材料，具有极高的比表面积和孔容，被广泛应用于能源存储、催化剂、气体分离、吸附等领域。
其制备方法主要有溶胶凝胶法、超临界干燥法、热解法等，本文将重点介绍溶胶凝胶法制备碳气凝胶的过程和特点。
1. 溶胶凝胶法制备碳气凝胶溶胶凝胶法是制备碳气凝胶的主要方法之一，其主要步骤包括溶胶制备、凝胶形成、干燥和热解等。
（1）溶胶制备：将某种碳源（如葡萄糖、甘油等）、催化剂（如盐酸、硝酸等）和溶剂（如水、乙醇等）混合搅拌，制备成均匀的溶胶。
（2）凝胶形成：将制备好的溶胶置于特定的温度和湿度条件下，经过一定时间的凝胶化，形成凝胶。
（3）干燥：将凝胶置于真空或氮气中进行干燥，使其失去水分，得到干凝胶。
（4）热解：将干凝胶在特定的温度下进行热解处理，去除其中的有机成分，得到碳气凝胶。
2. 溶胶凝胶法制备碳气凝胶的特点（1）孔径可调：通过调节溶胶的配比、凝胶化条件和热解温度等参数，可以控制碳气凝胶的孔径大小和孔隙分布，实现孔径可调。
（2）比表面积高：由于碳气凝胶具有多孔结构，其比表面积非常高，可以达到几百到几千平方米每克，有利于吸附和催化等应用。
（3）化学稳定性好：碳气凝胶具有良好的化学稳定性，不易受到氧化、水解等化学反应的影响。
（4）制备成本低：溶胶凝胶法制备碳气凝胶的原材料成本相对较低，制备过程简单，易于规模化生产。
3. 碳气凝胶的应用碳气凝胶具有广泛的应用前景，主要应用于以下领域：（1）能源存储：碳气凝胶具有高比表面积和良好的导电性能，可以作为超级电容器、锂离子电池等能源存储材料。
（2）催化剂：碳气凝胶可以作为载体，将催化剂负载其中，提高催化剂的分散度和活性，应用于化学反应和环境治理等领域。
（3）气体分离：由于碳气凝胶具有良好的孔径可控性和高比表面积，可以作为气体分离的分子筛材料。
（4）吸附：碳气凝胶具有高比表面积和孔容，可以作为吸附材料，应用于废气治理、水处理等领域。
碳气凝胶是一种非常有前途的多孔材料，其制备方法和应用研究仍在不断深入和拓展，相信未来将有更多的领域能够受益于它的应用。
气凝胶选型计算
气凝胶选型计算
气凝胶是由纳米孔洞与纳米骨架组成的三维连续多孔材料，独特的结构使其具有许多常规材料无可比拟的特性，最显著的就是导热系数极低。
不同类型的气凝胶在选型时需要考虑不同的因素，以气凝胶毡为例，其选型计算主要涉及以下几个方面：
- 温度范围：一般来说，玻璃纤维针刺毡作为气凝胶毡基材的产品正常使用温度为650℃以下，高硅氧纤维针刺毡为基材的气凝胶毡则可以在1000℃以下使用。
- 隔热需求：根据使用温度，再用科学公式计算出保温层外表温度或者保温层厚度，以选择合适的气凝胶毡。
例如，从350℃隔热保温表面50℃需要气凝胶保温层为20mm。
在实际选型计算时，建议咨询专业的材料工程师或相关技术人员，以确保选型的准确性和可靠性。
27147078_纳米纤维素碳气凝胶制备及其电催化性能研究
·纳米纤维素碳气凝胶·纳米纤维素碳气凝胶制备及其电催化性能研究陈永康彭新文*（华南理工大学制浆造纸国家重点实验室，广东广州，510640）摘要：本研究以纤维素纳米纤丝（CNF ）为碳骨架，氮含量高的类石墨相氮化碳（g -C 3N 4）为氮源和造孔剂，成功制备了一种具有分级多孔结构的氮掺杂碳气凝胶（NCA ）电催化剂。
研究了NCA 的物理化学结构与氧还原反应（ORR ）活性之间的关系，以及其锌-空气电池性能。
该NCA 催化剂表现出较高的比表面积（381.77m²/g ）、分级多孔结构，氮掺杂含量3.27%。
ORR 测试结果表明，NCA 具有优异的ORR 催化活性，半波电位可达0.83V ，接近商业铂碳（Pt/C ）电催化剂。
进一步将NCA 作为阴极催化剂用于组装水系锌-空气电池，在电流密度为10mA/cm 2下可以实现长达110h 的循环充放电，具有良好的电池使用性能。
关键词：纳米纤维素；碳气凝胶；氧还原反应；锌-空气电池中图分类号：TS721；TQ352文献标识码：ADOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2022.06.003Preparation and Performance Research of Cellulose Nanofibril -based Carbon Aerogel ElectrocatalystsCHEN Yongkang PENG Xinwen *（State Key Lab of Pulp and Paper Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou ，Guangdong Province ，510640）（*E -mail ：fexwpeng@ ）Abstract ：In this study ，nitrogen doped carbon aerogel （NCA ）electrocatalyst with hierarchical pore structure was successfully prepared by using cellulose nanofibril （CNF ）as carbon framework and g -C 3N 4with high nitrogen compound as nitrogen source and pore -forming agent.The physicochemical structure ，oxygen reduction reaction （ORR ）activity of NCA were investigated ，and properties of zinc -air battery based on NCA were also studied.NCA revealed hierarchical pore structure with high specific surface area of 381.77m²/g ，and successful nitrogen doping with nitrogen doping content of 3.27%.NCA displayed excellent ORR performances with high half -wave potential of 0.83V ，which was close to that of commercial platinum -based electrocatalyst.The zinc -air battery in water phase using the NCA as a cathode material exhib⁃ited long -term stability for more than 110h at a current density of 10mA/cm 2，showing a good battery serviceability.Key words ：cellulose nanofibril ；carbon aerogel ；oxygen reduction reaction ；zinc -air battery随着传统化石资源的消耗及其带来的环境污染、全球变暖、能源短缺等一系列问题，开发经济、高效、环保的可再生能源具有重要意义。
纤维素气凝胶 冷冻干燥
纤维素气凝胶冷冻干燥纤维素气凝胶是一种新型的材料，具有广泛的应用前景。
冷冻干燥是一种常见的制备纤维素气凝胶的方法。
本文将从纤维素气凝胶的定义、制备方法及应用领域等方面进行介绍。
一、纤维素气凝胶的定义纤维素气凝胶是由纤维素纳米纤维组成的一种凝胶状材料。
纤维素是一种天然高分子多糖，具有良好的可再生性和生物降解性。
纤维素纳米纤维具有高比表面积和丰富的羟基官能团，使其能够与水分子发生强烈的相互作用，形成凝胶。
二、纤维素气凝胶的制备方法纤维素气凝胶的制备方法多种多样，其中冷冻干燥是一种常用的方法。
具体操作步骤如下：1.将纤维素溶解在适当溶剂中，形成纤维素溶液；2.将纤维素溶液注入容器中，并进行适当的搅拌，以使纤维素均匀分散；3.将纤维素溶液进行冷冻处理，使其形成纤维素凝胶；4.将纤维素凝胶进行冷冻干燥，使其脱除多余的水分，得到纤维素气凝胶。
三、纤维素气凝胶的应用领域纤维素气凝胶具有许多优良的性质，如良好的吸附性能、优异的机械性能和生物相容性等，因此在许多领域都有广泛的应用。
1.环境领域：纤维素气凝胶可以应用于废水处理、油水分离和有机污染物吸附等方面。
其高比表面积和丰富的羟基官能团使其具有良好的吸附性能，可以用于去除废水中的重金属离子、有机染料等污染物。
2.能源领域：纤维素气凝胶可以用于锂离子电池、超级电容器等能源设备中。
其高比表面积和优异的导电性能使其成为理想的电极材料。
3.生物医学领域：纤维素气凝胶可以用于药物缓释、组织工程和生物传感器等方面。
其生物相容性良好，可以用于制备药物缓释系统，实现药物的长效释放。
同时，纤维素气凝胶还可以作为支架材料，用于组织工程和再生医学领域。
4.食品包装领域：纤维素气凝胶可以应用于食品保鲜和包装材料方面。
其良好的吸湿性和阻隔性能可以有效延长食品的保鲜期，并提高包装材料的使用寿命。
纤维素气凝胶作为一种新型的材料，在环境、能源、生物医学和食品包装等领域都有广泛的应用前景。
冷冻干燥是一种常用的纤维素气凝胶制备方法，通过这种方法可以得到具有良好性能的纤维素气凝胶。
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纤维素基碳气凝胶的最佳制备温度因纤维素原料、化学处理方法和碳化条件等因素而异。
一般来说，纤维素基碳气凝胶的制备温度在600℃左右较为常见，但具体的最佳制备温度需要通过试验和实验优化来确定，以达到最佳的碳气凝胶性能。
制备纤维素基碳气凝胶时需要注意以下事项：
1.纤维素原料应选用高质量的天然纤维素或纤维素衍生物，如纤维素醚、
硝酸纤维素等。
2.纤维素的化学处理过程应根据实际情况进行优化，以确保纤维素的结构
和性质符合所需要求。
3.在纤维素基材料碳化过程中，需要避免碳化温度过高或过低，过高可能
导致纤维素基材料失去孔隙结构，过低则可能无法充分碳化。
4.碳化过程需要进行惰性气氛保护，以防止纤维素基材料受氧化或挥发分
解。
5.制备完成后，需要进行充分的洗涤和干燥，以去除碳化过程中产生的杂
质和残留物。
6.碳气凝胶的物理、化学性质需要进行充分的表征和测试，以确保其满足
预期的应用要求。