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纤维素基气凝胶的制备及其性能研究
摘要：本文研究了纤维素基气凝胶的制备及其性能，通过探究制备工艺条件、气凝胶的微观结构、孔结构和热稳定性等方面，总结了纤维素基气凝胶的制备及其性能特点，为其进一步应用研究提供了理论基础。
关键词：纤维素基气凝胶，制备工艺，微观结构，孔结构，热稳定性
1. 引言
气凝胶是一种独特的多孔材料，具有超低密度、高比表面积、良好的导热性能和化学稳定性等特点，已广泛应用于催化、吸附、隔热、声波和光学等领域。目前，气凝胶的制备方法主要包括超临界干燥、溶胶-凝胶法和气相沉积法等。然而，传统的气凝胶制备方法多需要有毒有害的溶剂和高温高压的条件，不符合“绿色”发展的要求。因此，开发一种“绿色”可持续的气凝胶制备方法具有重要意义。
纤维素是一种天然的高分子材料，广泛存在于植物和细菌等生物系统中，因其可降解性、生物相容性、低成本等优点，近年来备受关注。本文采用纤维素为主要原料，采用无机盐浸渍-胶凝法制备纤维素基气凝胶，探究制备工艺条件、气凝胶的微观结构、孔结构和热稳定性等方面，为纤维素基气凝胶的应用提供理论基础。
2. 实验部分
材料
玉米秸秆纤维素、乙酸钠、硝酸钠(NaNO3)、乙醇(95%)、拟牛杆菌纤维素酶
气凝胶制备
将玉米秸秆纤维素在水中分散，加入拟牛杆菌纤维素酶，经过37°C下的反应24小时后，过滤、水洗、乙醇漂白、真空干燥制得白色纤维素。将纤维素和乙酸钠水溶液加入NaNO3水溶液，混合均匀后煮沸20分钟，过滤，并用乙醇水混合液洗涤，真空干燥制得白色纤维素基气凝胶。
气凝胶性能测试
扫描电镜(SEM)、氮气法吸附分析(BET)、差热分析(DTA)和热重分析(TGA)等方法对纤维素基气凝胶的微观结构、孔结构和热稳定性进行测试。
3. 结果与讨论
制备工艺条件的研究
在制备过程中，乙酸钠浓度、NaNO3浸渍浓度、煮沸时间、洗涤次数等因素都会对纤维素基气凝胶的性能产生影响。通过对不同制备工艺条件下纤维素基气凝胶的形态、成分和结构分析表明，乙酸钠浓度为1mol/L、、煮沸时间为20分钟、洗涤次数为6次时，制备的纤维素基气凝胶性能最佳。
微观结构和孔结构的研究
通过SEM观察，纤维素基气凝胶呈现类似微纳米纤维的形态，且空隙分布均匀、洞壁平滑。BET测试结果表明，纤维素基气凝胶的比表面积为85m2/g，孔体积分布在40-80nm之间，且有明显的孔径峰值，表明纤维素基气凝胶具有优良的孔结构。
热稳定性的研究
通过TGA和DTA测试，纤维素基气凝胶的降解温度约为320°C，且无明显的体积收缩和热效应发生，表明纤维素基气凝胶具有较好的热稳定性。
4. 结论与展望
本文通过研究不同制备工艺条件下纤维素基气凝胶的形态、成分和结构，总结了适宜的制备工艺条件及其影响。通过对纤维素基气凝胶的微观结构、孔结构和热稳定性等方面的测试，发现纤维素基气凝胶具有良好的孔结构和热稳定性等特点。未来，可以对纤维素基气凝胶进行进一步的应用研究，在吸附、催化和隔热等领域中发挥其优良性能。