一种高效、环保疏水柔性纤维素气凝胶作为重复使用的吸油剂
摘要
吸附材料以及疏水改性方法一直是研究的前沿，引起了人们重视环境危害。本文报道了一种简便、绿色的纤维素气凝胶制备方法。冷等离子体以三甲氯硅烷(TMCS)为原料，采用疏水改性技术对气凝胶表面进行改性等离子体。值得注意的是，修改程序相当快(不到3分钟)，效率和经济比传统方法更可行。高度柔性的mdified纤维素气凝胶具有疏水性(约150°)、亲油性和超轻(低至0.0196 gsdot;厘米3)。与传统的吸油材料相比，这些低成本、环保纤维素气凝胶具有优良的吸附性能以及显著的可重用性15次（更多）。因此，对进一步推进吸附剂领域具有重要意义。
关键词：疏水改性；气凝胶；吸附；纤维素
介绍
因为频繁的石油泄漏和有机污染物日益增加，对我们的环境造成严重影响。目前最流行的技术是使用有高吸附性的多孔或半多孔材料去治理环境。这些材料可以去除有机物水中的污染物。目前几个有效的可用吸收材料如下，扭曲的碳纤维气凝胶（TCF）2，碳纳米管海绵（CNT）3,4,5，纤维素纳米纤丝气凝胶（CNF）6,7，纤维素纳米晶体气凝胶（CNC）8，超轻量气凝胶（UFA）9，石墨烯氧化气凝胶（GO）10,11等。它们都具有极高的容量以及非常好的重复使用性。但是，它们大多数这些材料是由碳基组成和尺寸单位是纳米。如果这些材料用于商业应用，不仅太过于昂贵而且制作这些材料过程非常复杂。所以开发适合的材料替代旧材料是非常必要的。而经过几十年的调查，我们发现了巨大的潜力用作绝热材料；1，2催化剂载体，污染物吸附剂13,14;而纤维素的药物传递系统已经被人们广泛研究，其储量非常丰富、具有可再生性和无毒性，其中纤维素气凝胶已成为材料研究的热点其中之一。因为纤维素气凝胶具有很强的吸收能力，这引起了人们的广泛关注。由于环境的日益恶化，这也让研究人员更加迫切的想得到成果。纤维素气凝胶具有无污染、低成本和可重复使用的能力，纤维素气凝胶的特性使其成为潜在的替代吸附剂。在吸附水中污染物的有机物时，吸附剂的疏水改性是必不可少的。而纤维素气凝胶的结构中具有非常多的羟基数。而这些羟基基团具有很强的亲水性。疏水改性改已被广泛研究和应用，例如基因转染21,22、涂料23,24、油分离25和有机硅氧烷26,27。硅烷28,29是最常见的改性剂，有特别强的疏水性。但有几个缺点首先价格昂贵，而且也很不稳定。其次，有机硅氧烷或硅烷是主要通过溶胶 - 凝胶法或气相沉积法，不仅消耗大量的修饰剂，但也改变样本的内部结构；然而，它们具有优异的疏水性。但是这些设备的效率低，改造周期长，方法使其不适合进一步应用。
人们使用冷等离子体技术进行表面改性，将疏水性引入表面材料。在这方面，人们认为冷等离子体技术是最佳方法，因为等离子体诱导的沉积深度只有几纳米。这表明了样品的内部结构仍是亲水性而其表面变成了疏水。尽管CCl4, CF4, SF6等一般都被认为理想等离子体。但它们仍然有很大的问题，比如；电功率高、改性周期长、疏水效果中等。而在本文中，我们会述说一种简单、绿色的制备方法去制作轻质多孔纤维素气凝胶。我们的目标是制作出环保、价格便宜的吸附剂，而此类吸附剂不仅具有高吸附剂的材料容量，而且比传统吸附剂具有更好的可重复使用性，其吸油量可以达到原来干重的15倍左右。纤维素气凝胶的表面改性采用冷等离子体法，以三甲基氯硅烷(TMCS)为等离子体。研究了疏水、亲油、超轻纤维素气凝胶的力学性能。此外，我们还试图了解疏水改性的机理。
实验部分
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