吸附二氧化碳的功能型纳米纤维素气凝胶研究
综述
摘要：近年来，化石燃料的大量使用以及温室气体大量排放，导致二氧化碳的含量急增，所产生的温室效应已经对自然条件和人类的生存条件带来了诸多负面影响，严重威胁了人类的生存健康。二氧化碳作为排放量最大的温室气体，在全球范围的“温室效应”中扮演着十分重要的角色，应当作为温室气体削减与控制的重点。气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体，而本质上不改变凝胶本身的三维网状结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物，具有纳米级的多孔结构和高孔隙率等特点，是目前所知密度最小的固体材料之一，已被用于声阻抗耦合材料、催化剂或催化剂载体、药物载体、吸附剂、过滤材料、高温隔热材料及制备高效可充电电池等。纳米纤维素气凝胶材料是以纳米纤维素为原料，经过溶剂再生、水相分散、溶剂置换、干燥等步骤制备的一种新型生物质材料。作为继硅石和合成聚合物气凝胶之后的第三代纤维素气凝胶，在具备传统气凝胶特性的同时，融入了自身的优异性能，是一种不断发展的生物类聚合物材料，其作为一种可持续发展的纳米材料，可作为活性物载体，也可以作为模板材料。纳米纤维素气凝胶不仅保持了天然纤维素气凝胶的基本结构特性，也因其纳米尺寸而具有新的效应及特性。近年来，随着全球气候的改变和资源短缺，环境友好型的可再生材料受到了广泛关注。由于纤维素的优良性能，对其进行适当改性，使其在二氧化碳的吸附应用中能反复吸附和脱附，以达到可再生的目的[5]。
关键词：二氧化碳吸附与脱附 纳米纤维素气凝胶 氨基化改性
目前，温室气体大量排放所产生的温室效应，已经对自然条件和人类生存条件带来了诸多负面影响。各种温室气体中，CO2排放量大，在全球范围的“温室效应”中扮演着十分重要的角色，应当作为温室气体削减与控制的重点[11]。气凝胶又称干凝胶，是指将凝胶中的大部分溶剂脱除，使得凝胶的空间网状结构中充满气体介质的块体材料。传统气凝胶的制备原料多为硅类材料及金属氧化物。近年来，利用石墨烯、碳纳米管等为结构单元制备气凝胶的研究日渐增多。因为气凝胶具有低密度、高比表面积、高孔隙率、低热传导系数、低介电常数、极强的气体吸附能力等优点，是目前所知密度最小的固体材料之一，在催化剂及催化剂载体、超级电容器、药物载体、声阻抗耦合材料、吸附剂、过滤材料、高温隔热材料及制备高效可充电电池等领域中得到了广泛应用[7]。纤维素作为地球上最丰富的一种天然高分子材料，不仅具有生物相容性、生物可降解性和再生性的特点，而且还具备独特的谈平衡性和良好的机械性能，因此，探索以纤维素为原料的生物质材料具有非常重要的意义[8]。天然纤维素经由两步法可制得棒状的纳米纤维素晶须（NCW），纳米纤维素晶须表面的众多羟基决定了它不能很好的溶解在疏水性溶剂和聚合物介质中，因此常需进行化学改性使其表面具有更多疏水性基团以利于在其疏水性体系里的分散[9]。纳米纤维素气凝胶材料是以纳米纤维素为原料，经过溶剂再生、水相分散、溶剂置换、干燥等步骤制备的一种新型生物质材料。早期纤维素基气凝胶的制备是将溶解于有机溶剂中的纤维素衍生物进行化学交联形成凝胶，但该方法的缺点是过程复杂、气凝胶的结构难以调控。近年来，研究者们侧重于纤维素基气凝胶力学性能的提高和功能性的开发，从而极大地拓宽了材料在生物医学、催化剂及吸附剂等诸多领域的潜在应用[3]。
1 纳米纤维素气凝胶的制备
1.1 实验材料
微晶纤维素（MCC），药用级：3-（2氨基乙基氨基）丙基甲基二甲氧基硅烷（AEAPMDS），浓硫酸(H2SO4,98%)，分析纯：叔丁醇；分析纯：乙醇；分析纯：氯化钙；分析纯：蒸馏水；三口烧瓶、恒温恒速磁力搅拌器、天平（0.01g）、玻璃棒、量筒（100ml）、保鲜膜、胶圈、烧杯（500ml）、一次性滴管、实验室万能电炉、透析袋、透析袋夹子（2个）[5]
1.2 实验设备
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