炭气凝胶吸附性能研究

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1、介孔碳材料特异性吸附低密度脂蛋白的研究二0—0年11月介孔碳材料特异性吸附低密度脂蛋白的研究【摘要】【关键字】—、背景碳是口然界储量丰富和存在形式变化故多的元素。与其它无机非金属材料相比，碳元素的特点之一是存在着众多的同素异形体，其原子间除单键外，还能形成稳定的双键和卷键，从而形成许多结构和性质完全不同的物质，人们所熟知的就有金刚石、石墨和不同石墨化程度的各种过渡态炭，近年来乂发现了以为代表的富勒烯和碳纳米管。由于炭元索键合方式的多样化，炭材料的特性儿乎可包括地球上所有物质的各种性质其至相对立的性质，如从最硬到极软，全吸光到全透光，绝缘到半导体直至高导体，绝热到良导体，铁磁体到高临界

2、温度的超导体等。从特性来看，炭材料可以是兼有金属、陶瓷和高分子材料三者性能于一身的独特材料。近年來对炭材料的认识又有飞跃性的发展，发现炭在纳米尺度的不同组装或排列方式对炭材料的性能佇本质的影响。由于纳米孔结构炭材料有良好的结构可设计性，表而积、孔结构及表而物理化学性质的可控制性，可根据不同应用对其结构的要求设计出相应的纳米孔结构炭材料，因此纳米孔结构炭材料的结构设计与可控制备及其在能源、催化和生物领域的应川成为该领域的一个重要研究方向。(%1)、多孔材料概述从20世纪60年代美国对高比表血积活性炭的研究开始，多孔材料第一次作为一门新兴的材料学跃上了材料研究的舞台，并发挥了重要的作用，

3、成为材料研究领域不可缺少的一部分。随着科学技术的迅速发展，多孔材料的发展也更加迅猛，不仅局限于某一方面，而且逐步面向工业生产和口常生活的每一个方而。与一般材料不同，多孔材料不仅能和原子、离子和分子在材料的表而发生作用,而口这种作用还能贯穿于整个材料的体相内的微观空间。山于这种独特的性能，多孔材料在多和催化、吸附分离、传感器、天然气和氢气储存、电化学电极材料等众多领域有广泛的应用前景，一直受到人们的关注，全世界有上T个实验室开展相关研究。根据国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的规定，孔径小于2nm称为微孔材料(microporousmaterials),孔径介于2-50nm为中孔或

4、介孔材料(mesoporousmaterials),而孔径大于50nm称为大孔材料(macroporousmaterials)o其中常见的微孔材料有沸石、活性炭以及有机金属调和聚合物等，中孔材料包括气凝胶、层状粘土、MCM系列和SBA系列有序中孔氧化硅材料，大孔材料主要包括有多孔陶瓷筹。(%1)、炭气凝胶1、炭气凝胶结构炭气凝胶(CarbonAerogels)是经溶胶一凝胶、超临界干燥及炭化过程制备的一种新型轻质纳米多孔无定形炭素材料.其孔隙率高达80〜98%,典型孔隙尺寸小于50nm,网络胶体颗粒尺寸3〜20nm,比表而积高达600〜1000m2/g,密度变化范围0.05〜0.80

5、g/cm3,是一种具有许多优异性能(导电性、光导性、绝热性等)和广阔应用前景的功能性材料。气凝胶是最轻的凝聚态固体材料口，具有特殊的纳水结构，从而导致了其独特的性能和川途。进入八十年代气凝胶的研究异常活跃，在制备和性能的棊础和应用研究方而已取得引人注目的成绩。其中最具影响力的进展之一是美国LawranceLivermore国家实验室PekalaR.W。在1987年首次制备出有机气凝胶.并炭化得到炭气凝胶。虽然经过近十年的研究开发有机气凝胶和炭气凝胶，但与无机气凝胶相比，还处丁研究起步阶段，有许多规律和应用需要进一步研究和开拓。尤其是炭气凝胶与众多的高新技术相联系，我们认为其研究必将有

6、利于高新技术的发展。2、炭气凝胶的性质(1)气凝胶的微孔特性通过低温N2吸附法对测量气凝胶的比表曲积和孔径分布，气凝胶是典型的中孔材料，故可几孔径通常小T50nm，比表面积约200〜HOOmVg,控制溶胶一凝胶过程的合成条件可以控制孔结构。但N2吸附过程可能使一些闭孔无法检测，同时测试结果的计算涉及到模型的选择问题，不同的模型得到的结果往往相差较大，因而不能完全真实反映气凝胶的孔径分布和总孔容。核磁共振(NMR)结合傅立叶红外光谱(FTIR)可以从分子水平了解凝胶网络结构中交联键的形成过程，为合成机理的论证提供依据。高分辨透射电镜(HRTEM)和扫描电镜(SEM)则从宜观图彖给出气凝

7、胶的内部交联网络结构,但是高压电子朿与气凝胶纤细网络Z间的相互作用容易引起气凝胶结构的烧结，导致气凝胶电镜图象变形。小角散射(SAX)是忖前表征气凝胶最可信、最有力的手段，且对样品没有损害。散射结果可以反映网络和粒子的分形特征，孑L、团簇和粒子的关联长度。硅气凝胶具有典型的分形特征，而有机气凝胶的分形行为述不能确定。硅气凝胶已成为研究分形结构动力学行为的最佳材料。(2)气凝胶的热性能纳米多孔气凝胶具有极低的热导率。气凝胶的热导率山气相热导率、固相热导率和辐