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《苏州大学》 2018年
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氧化石墨烯的尺寸分离及其在纤维和气凝胶中的应用研究

张石愚  
【摘要】:氧化石墨烯(GO)由于其独特的性质,在气凝胶、复合纤维、生物传感器、和导电电极等领域得到了广泛的应用。随着对GO应用领域深层次拓展与延伸,科研工作者们发现宽尺寸分布的GO已经无法满足更高的应用要求,因此制备窄尺寸分布的GO已成为当前热门研究课题。受目前尺寸分级技术水平的限制,现有的方法仍无法简便且高效地获得较窄尺寸分布的GO。在前人研究的基础上,本论文介绍了一种简单易行的分级不同尺寸GO的循环流方法,并对分级后的GO主要进行了两方面的应用研究。一是小尺寸GO(SGO)与己内酰胺原位聚合后,在尼龙6(PA6)中具有良好分散性,所制备的纤维具有较高的抗拉强度和韧性。另一个应用是由大尺寸GO(LGO)制备的类蜂窝状气凝胶具有优异的吸附、过滤及再生性能。本文的主要研究内容如下:1、利用金属与酸性GO分散液发生置换反应生成的氢气(H2),在管式分级装置内形成循环流,在循环过程中分级不同尺寸的GO。未分级的GO(CGO)通过循环流分级后,被大致分为三个尺寸范围:LGO(20μm),中尺寸GO(MGO,2-20μm),SGO(2μm)。X射线光电子能谱(XPS)显示LGO含有较少的含氧基团,相比于MGO,SGO和CGO,其结构更完整。2、以不同尺寸的GO与己内酰胺(CPL)进行原位聚合,接枝PA6的GO(g-GO)和CPL直接开环聚合所得的PA6复合形成PA6/g-GO复合物,并采用熔融纺丝制备PA6/g-GO复合纤维。结果表明,以g-GO作为增强材料能够提高PA6复合纤维的强度和韧性,而且复合纤维中g-GO的分散性随GO尺寸的减小而提高。特别是,接枝PA6的SGO(g-SGO)在PA6/g-SGO复合物中的分散性优于其他尺寸的g-GO在对应的PA6/g-GO复合物中的分散性,使PA6/g-SGO(SPA)复合纤维具有更好的抗拉强度和韧性。3、以不同尺寸GO作为制备气凝胶的原料,分别通过水热法和冷冻干燥法制备还原的GO气凝胶。结果表明,由LGO制备的气凝胶对强氧化剂和油脂具有较强的吸附能力。4、以LGO为原料并掺杂表面修饰后的电气石粉末,通过直接冷冻法制备类蜂窝状孔结构的气凝胶,并研究了它的成型机理、PM2.5过滤和吸附效率以及再生性能。结果表明,掺杂表面修饰的纳米级电气石颗粒(mTNPs)的LGO气凝胶(LTA),具有一定的抗压和形变恢复能力。LTA作为过滤材料可以明显地提高对PM2.5的过滤效率,当mTNPs含量为5wt%,气凝胶在第一个过滤周期中对PM2.5的过滤效率高达95.1%。更重要的是,简单的再生处理后,气凝胶可以循环过滤PM2.5并保持较高的过滤效率。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O613.71;O648.17

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