纤维素气凝胶的制备.ppt

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1、纤维素气凝胶的制备过程李智雄20152230036气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度很小的固体之一。因为密度极低，目前最轻的硅气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米，比空气密度略低，所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟”。由于里面的颗粒非常小（纳米量级），所以可见光经过它时散射较小（瑞利散射），就像阳光经过空气一样。因此，它也和天空一样看着发蓝。任何物质的凝胶只要可以经干燥后除去内部溶剂后，又可基本保持其形状不变，且产物高孔隙率、低密度，则皆可以称之为气凝胶。气凝胶简介纤维素是自然界中储量最大、分布最广、可再生且可生物降解的天然高分子。与合成高分子相比，具有无毒、无污染

2、、易于改性、生物相容性好等特点。选题背景与应用催化剂负载；吸热隔音材料；过滤吸附材料；模板材料；医药与生命科学；能源电子器件；航空航天等领域。一、纤维素的溶解二、溶胶-凝胶过程三、干燥过程纤维素气凝胶的制备步骤四、结构性能表征一、纤维素的溶解从分子水平上看,纤维素是以多种葡萄糖基在1-4位以β-苷键相互联结形成的直链状高分子化合物,具有较高的稳定性，它的分子量很大，化学式为(C6H1005)n(n为聚合度)，最主要是由碳44.44%，氧6.17%和氧49.39%三种元素组成。1.1纤维素分子结构（5）纤维素分子内和分子间存在氢键，此外，纤维素分子链与表面水分子之

3、间也有氢键存在。（1）纤维素二糖基是纤维素链的重复单元，长度为1.03nm，且邻近两个葡萄糖基之间偏转180°；（3）纤维素分子链中间的每个葡萄糖基的C2和C3位置上联结着游离仲醇羟基，在C6位置上联结着游离的伯醇羟基，它们的反应能力有差别，对纤维素的化学性质有着重要影响；（2）分子链一端是在第四碳原子上连有仲醇羟基，另一端是在第一个碳原子上连有伯醇羟基，该羟基上的氢原子易与基环上的氧原子结合形成酸基而显还原性；（4）纤维素分子链上的葡萄糖基均属氧环式结构(具有还原性的末端基除外)，具有很高的稳定性；纤维素Ⅰ（天然纤维素）晶胞的基本参数——三个轴的长度为：a=0

4、.835mn，b=1.03nm，c=0.79nm，a轴与c轴之间的夹角是84°。三个轴上的联结键型是不同的，分别是氧键、糖苷键和范德华力。因此,纤维素在各个轴上所表现出来的力学强度也不一样。1.2晶胞结构1、N-甲基氧化吗啉(NMM0)／水体系：纯NMMO对纤维素的溶解能力最好，但溶解过程比较困难，但纤维素的溶解温度接近NMMO的分解温度，且溶解温度过高会使纤维素发生热降解，聚合度下降。另外，纯NMMO价格太高，在经济上不可行。3、Li-DMAC体系：纤维素在此体系的溶解过程无衍生物产生，不会引起纤维素降解，所得溶液在室温下放置数年无变化，很稳定，形成的溶液可进

5、行加热以降低其粘度。2、强碱溶解体系：最大的优点是价格便宜，但需复杂的预处理，难度较大。1.3溶剂体系Li+和DMAC配位形成Li+（DMAC）X大阳离子，使得Cl和Li之间的电荷分布发生根本变化，Cl原子携带更多负电荷，能更强地进攻纤维素羟基上H原子。DMAc-LiCl和纤维素分子链上的羟基形成了能量更高的氢键，破坏了纤维素分子链间和链内的氢键，从而纤维素溶解。LiCl-DMAc溶解机理溶解方式方法1：将烘干的纤维素置入三口瓶中，加入一定比例的DMAc搅拌回流一定时间后降温至100℃，加入烘干的LiCI，继续搅拌降温，在室温下搅拌数小时得到透明的纤维素LiCI

6、／DMAc溶液。方法2：将纤维素加入到由无水LiCI溶解在DMAc中形成的LiCI／DMAc溶剂体系中，在100℃下加热搅拌一定时间后，在室温下继续搅拌数小时，得到透明的纤维素LiCI／DMAc溶液。当有足够的DMAc分子作用于非晶区及晶区的纤维素分子时，整个纤维素分子链受到DMAc的溶剂化作用而溶解，因此认为，纤维素的溶解应先将除去结晶水的LiCI溶解在DMAc中，然后再将烘干的纤维素加入。如果是后加入LiCl，Li+与DMAc的络合会受到纤维素分子的阻力，形成的中间络合物的量可能会减少。方法2二、溶胶-凝胶过程溶胶-凝胶法(sol-Gel法，简称S-G法)是

7、指无机物或金属醇盐经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成的氧化物或其它化合物固体的方法。Ebelmen等用SiCl4玩与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶，但这一发现当时未引起化学界和材料界的注意；直到20世纪30年代，Geffeken等证实用这种方法可以制备氧化物薄膜；1971年，德国Dislich报道了通过金属醇盐水解得到溶胶，经胶凝化再在923-973K的温度和100N的压力下进行处理，制备了SiO2一B2O3一A12O3一Na2O一K2O多组分玻璃，引起了材料科学界的极大兴趣和重视。80年代以来，溶胶-凝胶技术在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷

8、粉料，尤其是传统方法难以