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纤维素科学与技术 2024年第2期32卷 28-33页

作者：孙菲张梦佳朱海鑫曾俊姜珊珊王斌中国科学院广州化学研究所广东广州510650 中国科学院新型特种精细化学品工程实验室广东广州510650 国科广化(南雄)新材料研究院有限公司广东南雄512400 国科广化韶关新材料研究院广东南雄512400 中国科学院大学北京100049 韶关市生态环境检测站仁化分站广东韶关512300

经济发展过程中产生的环境污染已对生态环境和人类健康构成严重威胁。在众多材料中,金属有机骨架(MOFs)因其出色的吸附性能在污染物处理领域展现出巨大的潜力。然而,MOFs的刚性结构和粉末形态极大地限制了其实际应用范围。因此,寻找一... 详细信息

经济发展过程中产生的环境污染已对生态环境和人类健康构成严重威胁。在众多材料中,金属有机骨架(MOFs)因其出色的吸附性能在污染物处理领域展现出巨大的潜力。然而,MOFs的刚性结构和粉末形态极大地限制了其实际应用范围。因此,寻找一种合适的载体以拓宽MOFs的应用途径显得尤为重要。随着全球资源日益紧张,可再生绿色纤维素材料受到了广泛关注。木海绵(WS)作为一种新型环保材料,以其独特的层级、管状多孔结构,高孔隙率和大比表面积等优点脱颖而出。这些特性使得WS成为MOFs的理想载体,两者的结合有望实现对有机污染物的高效吸附。针对MOFs机械强度弱、对有机污染物吸附容量低的问题,论文设计制备了一种ZIF-8@PWS的复合材料。首先利用多巴胺仿生矿化WS,得到表面覆盖有聚多巴胺的木海绵(PWS),随后在PWS表面生长沸石咪唑酯骨架(ZIF-8),形成ZIF-8@PWS复合材料。复合材料对亚甲基蓝(MB)的吸附容量可在180 min内达到151.3 mg/g,具有良好的吸附性能。

关键词： ZIF-8 木海绵多巴胺吸附亚甲基蓝

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基于Tempo氧化的木海绵/MOFs复合材料的制备及其性能研究

基于Tempo氧化的木海绵/MOFs复合材料的制备及其性能研究

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作者：刘颖北京林业大学

学位级别：硕士

如何对废水中的污染物进行有效的处理是目前亟待解决的问题。近年来,新型多孔材料MOFs以其吸附性强、可抗菌等诸多优点被广泛研究,但是由于粉末状形状的限制以及化学稳定性差等缺陷在一定程度上限制了在吸附领域的应用。轻木,是天然生... 详细信息

如何对废水中的污染物进行有效的处理是目前亟待解决的问题。近年来,新型多孔材料MOFs以其吸附性强、可抗菌等诸多优点被广泛研究,但是由于粉末状形状的限制以及化学稳定性差等缺陷在一定程度上限制了在吸附领域的应用。轻木,是天然生物质材料,经过简单的化学处理便能够获得气凝胶型材料,近年来被用作许多新型材料的模板。但是轻木由于比表面积、官能团以及纤维素含量等都相对有限,对吸附具有一定的影响,同时据所查阅资料发现金属有机骨架(MOFs)与轻木结合制备复合材料的相关研究还较少,这两种材料的结合主要存在负载率低等缺陷,因此制备性能更好的复合材料,还需要对两种材料之间的结合进行进一步研究。本研究以金属有机骨架和轻木为研究对象,通过脱除木质素和Tempo氧化处理获得Tempo氧化木海绵(TWS),增加孔隙率和表面的活性位点,并探究最佳的预处理条件。在此基础上,通过原位合成法制备了ZIF-8/TWS和ZIF-67/TWS两种复合材料,探究改性前后轻木的物理化学变化,并在此基础上研究对比了两种复合材料对大肠杆菌的抗菌性能。探究了两种材料的吸附性能,为制备绿色可降解、经济有效且具有抗菌性的生物吸附剂提供了新的途径。本文的主要结论如下:(1)原始轻木孔隙率大,细胞壁薄,脱除木质素后的木海绵(WS)结构由原始蜂窝状演变为海绵层状,基本由纤维素组成,结晶度基本没有发生变化,孔隙率高达98.9%,力学性能优异。(2)Tempo氧化后制得的氧化木海绵(TWS)孔结构及层状结构没有发生变化,-COOH官能团的数量明显增加,为之后的MOF负载提供更多的成核位点。此外,研究结果发现当氧化时间为6h时其各方面性能最为优异。此外制备的TWS电负性为-19.8±0.1m V,进有利于后续与呈正电性的MOFs材料相结合制备复合材料。(3)通过SEM、FT-IR、XRD等表征证明了ZIF-8、ZIF-67与TWS的成功结合,两者之间的结合主要是通过范德华力、静电相互作用以及化学键的作用相结合,且ZIF-8和ZIF-67的负载量与TWS表面的羧基含量呈正相关。BET结果表明ZIF-8/TWS和ZIF-67/TWS均为介孔材料,且存在较大孔隙,比表面积相较TWS增加约10倍左右。此外,两种复合材料都具有优异的水稳定性及抗菌性,在水体净化领域能够抵抗一定的微生物污染。(4)ZIF-8/TWS和ZIF-67/TWS对阴离子染料MO和阳离子染料MB具有优异的吸附能力,且吸附容量与温度、p H、染料初始含量及吸收时间都有关,两种复合材料对两种染料的吸附过程都与Langmuir等温模型和准二阶动力学相符,即以单分子层化学吸收为主。不同的是由于两种染料电性的不同,使得在不同p H的影响下,其吸附变化趋势不同,且相同材料相同条件下对MO的性能优于MB。另外,两种材料都具有优异的可重复利用性,且对金属离子也具吸附良好。

关键词：木海绵 Tempo氧化金属有机骨架(MOF) 水体净化抗菌

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气凝胶型轻木基复合材料的研究进展

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材料导报 2022年第15期36卷 199-207页

作者：刘颖黄艳辉刘贤淼北京林业大学材料科学与技术学院北京100083 国家林业和草原局国际竹藤中心北京100102

轻木(Ochroma pyramidale)是一种天然生物质材料,具有成本低廉、含量丰富、可再生、可生物降解等优势,还具有密度低、质量轻、孔隙度高、生长速度快等特点。除此之外,它还具备多孔、层次化的物理结构,且尺寸稳定性好、容易加工。近年来... 详细信息

轻木(Ochroma pyramidale)是一种天然生物质材料,具有成本低廉、含量丰富、可再生、可生物降解等优势,还具有密度低、质量轻、孔隙度高、生长速度快等特点。除此之外,它还具备多孔、层次化的物理结构,且尺寸稳定性好、容易加工。近年来,利用这些优点,采用简单有效的自上而下的处理方法,如细胞壁膨化、干燥等步骤,可以得到一种比表面积大、孔隙率高、力学性能优异且具备可调多级孔结构的海绵状材料。这种结构与传统气凝胶多孔道结构以及海绵的结构非常相似,因此将其称为气凝胶型轻木,也称为木海绵(WS),它不仅能克服传统气凝胶力学性能差、制备过程复杂、能源消耗高、环境友好性差等缺陷,而且通过一系列功能化处理,可被赋予多种新的功能,进而用于制备可生物降解的气凝胶型复合材料,并且有助于缓解能源危机和环境污染问题,这使得轻木成为现阶段生物基气凝胶型复合材料研究者的新宠。本文从天然轻木的微观构造及化学成分出发,介绍了生物基气凝胶型轻木基复合材料的特点,归纳了其制备方法,详述了其现阶段在油水分离、透明材料、储能材料等领域的研究进展,最后针对气凝胶型轻木基复合材料在制备和应用等方面存在的问题提出了建议,以期为气凝胶型轻木的高附加值利用提供理论参考。

关键词：天然轻木木海绵气凝胶型复合材料自上而下功能化改性

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