纤维素气凝胶纤维素气凝胶背景介绍背景介绍•纤维素气凝胶是继无机气凝胶（主要以硅气凝胶为代表）和聚合物气凝胶（主要以间苯二酚／甲醛和三聚氰胺／甲醛的有机聚合物为代表）之后新兴发展起来的第三代气凝胶。porousmaterialsAerogelsbiocompatibilityBiodegradabilitygoodmechanicalcellulose气凝胶的制备原理三个关键步骤：溶胶的形成，凝胶的形成以及凝胶的干燥①纤维素溶解在溶剂中形成溶胶该过程中纤维素溶剂会优先溶解纤维素的无定形区。依据溶剂的性质和反应条件不同，原料中高强度的纤维素Ｉ型晶体也会有一定程度的破坏，导致分子链重排产生强度较低的纤维素Ⅱ型晶体。利用纤维素溶剂与纤维素分子形成新的氢键结合，破坏纤维素分子内和分子间的原有氢键从而溶解纤维素，在溶剂中形成溶胶②运用物理或化学或两者结合的方法从植物纤维中提取微纤化或微晶纤维素形成溶胶早期是采用纯机械方法制备纳米纤维素，通过压力作用使纤维分丝帚化达到纳米级别。为了降低机械能耗，结合了预处理方法。预处理的主要作用是分丝帚化纤维，并在一定程度上降解纤维素，之后的机械处理则是为了进一步地提高微纤化程度，并增大纤维润胀程度，最终形成网络型的凝胶。目前，常用的预处理方法包括酶解法和TEMPO化学氧化法③纤维素衍生物制备溶胶纤维素衍生物，如羧甲基纤维素（CMC）、醋酸纤维（CA）、二醋酸纤维（CDA）等也可以作为制备纤维素气凝胶的原材料。通过改变纤维素自身的结构及性能，可使其更好地溶解于水或其他溶剂中形成溶胶。CMC具有自缔合作用，可直接溶于水中CA和CDA等则可溶于丙酮等有机溶剂凝胶的形成凝胶的形成纤维素溶胶的凝胶化方法加入无机盐电解质调节溶胶的纤维素浓度调节溶胶的纤维素pH值无机盐电解质诱导纤维素溶解体系凝胶加入电解质的本质是影响胶体粒子的聚集速率，电解质改变了原始溶胶体系的电荷分布，从而使粒子更易相互靠近聚集形成凝胶①调节溶胶的纤维素浓度纤维素溶胶的浓度不断增大气凝胶的孔结构逐渐致密孔径也随之降低表面积随之减小气凝胶的结构逐渐变为二维的纤丝交织的层面结构②调节溶胶的纤维素pH值破坏溶胶的稳定状态凝胶如：利用TEMPO氧化法制备的纳米纤维素，其由于表面引人了羧基而带负电荷，降低pH值则增加了H+的浓度，改变其溶胶的稳定性，从而形成凝胶。③干燥：在纤维素凝胶化、形成稳定的三维网络结构之后，需要在维持这种网络结构的同时将填充于结构中的液体，介质置换成气体，从而形成气凝胶。因此，干燥过程是实现气凝胶孔隙结构特性的最关键步骤。干燥：在纤维素凝胶化、形成稳定的三维网络结构之后，需要在维持这种网络结构的同时将填充于结构中的液体，介质置换成气体，从而形成气凝胶。因此，干燥过程是实现气凝胶孔隙结构特性的最关键步骤。冷冻干燥超临界干燥常压干燥凝胶低温冷冻真空升华气凝胶冷冻温度对孔的形成和结构影响显著，不同冷冻温度下，冰晶的成核及生长速率不同，温度低时冰晶的成核快又多，形成的孔径小，导致凝胶密度增大。①超临界干燥二氧化碳、甲醇、乙醇等为干燥介质逐级置换凝胶中的原溶剂置换成干燥溶剂并填充于凝胶之中与冷冻干燥相比，超临界干燥设备中的超临界流体气－液之间不存在界面，可以利用这一特性来消除凝胶干燥过程中因表面张力引起的毛细孔塌陷、凝胶网状结构破坏而产生的颗粒团聚等问题，在维持骨架结构的前提下完成凝胶的干燥②常压干燥由于毛细管作用力、氢键结合的作用凝胶孔隙结构的塌陷、破坏，失去气凝胶的结构特性因此，气凝胶的常压干燥通常需要在干燥前采取特殊的方法来避免凝胶基质的收缩和孔隙塌陷，例如增强网络的骨架强度、通过添加化学添加剂减少干燥时产生的内应力差、进行表面改性以防止干燥时表面羟基发生不可逆缩聚等。③应用前景谢谢！
