壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备、改性及其性能研究

摘要

本实验以壳聚糖和原硅酸四乙酯为反应前驱体，通过溶胶凝胶法和冷冻干燥技术制备壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶。之后，采用六甲基二硅氮烷(HMDS)对其进行疏水改性。本文系统研究了壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶改性前后的微观形貌、孔隙特性及其在吸油领域的应用。
　　首先，采用溶胶凝胶法和冷冻干燥技术制备壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶。通过傅利叶红外光谱(FTIR)分析其化学结构，X射线衍射(XRD)进行物相和结晶度分析，扫描电子显微镜(SEM)研究其表面形貌，并探讨不同的壳聚糖含量对其本体密度及孔隙率的影响。结果表明壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶制备成功，且具有均匀的纳米多孔结构；随着壳聚糖质量分数的增加，其本体密度和孔隙率分别呈现下降和上升的趋势，当壳聚糖含量达到20 wt％时本体密度接近最小值(0.06 g/cm3)且孔隙率达到最高(97%)。此外，初步探究了气凝胶对重金属离子的吸附性能，结果表明随着壳聚糖含量的增加，复合气凝胶对铜离子的吸附率随之增加，当壳聚糖含量为40 wt%时对铜离子的吸附量约为6 mg/g。
　　之后，采用两步改性法制备疏水性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶。对样品进行表面形貌、抗压性能、热稳定性以及氮气吸附分析，并对比不同壳聚糖含量气凝胶的吸油性能。结果表明，改性之后复合气凝胶的微观结构更加疏松多孔，当壳聚糖含量为20 wt%时气凝胶的孔体积高达1.43 cm3/g，且1 m2的气凝胶能够承载1.38×104 N的压力；随着壳聚糖的加入，气凝胶的热稳定性先增加后降低，在壳聚糖含量为20 wt%时达到最佳，此时气凝胶的热分解温度为300℃；接触角测试表明，改性后的复合气凝胶水接触角大于135°。最后，吸油测试表明复合气凝胶可在十分钟之内达到吸油平衡，其中20-CS对二甲苯的吸收倍率高达30 g/g，且能够循环使用十次以上。因此，本实验制备的疏水性壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶可用作一类新型高效、可重复使用的吸油剂。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 气凝胶的简介

1.3 气凝胶的分类

1.4 气凝胶的制备

1.5 气凝胶的应用

1.6 壳聚糖

1.7 本课题的研究目的和意义

第二章 壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的制备及性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章结论

第三章 壳聚糖-二氧化硅复合气凝胶的疏水改性及性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章结论

第四章全文结论

参考文献

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