以氧化石墨烯为稳定剂制备聚合物多孔材料

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聚合物多孔材料由贯通或封闭的聚合物网络构成,具有高孔隙率、低密度的特点,在隔音隔热,组织工程,催化剂载体,废水废气处理,液相色谱以及传感器等领域有着重要的应用前景,引起了广大科研工作者的极大热忱。高内相乳液(HIPE)模板是一种常见地制备多孔材料的方法,通过连续相聚合并移除分散相,就可以得到形貌结构良好,孔隙率及孔尺寸可控的聚合物多孔材料。传统的HIPE一般由高浓度的表面活性剂稳定,成本较高,后处理复杂而且会对环境造成一定的污染。近年来,固体颗粒稳定的乳液,即Pickering乳液的研究日趋成熟,使用Pickering HIPE作为模板,制备聚合物多孔材料也得到了长足地发展。聚合物微球、二氧化硅、二氧化钛、四氧化三铁、碳纳米管等都被应用于稳定HIPEs,并制备相应的多孔材料。氧化石墨烯(GO)是石墨烯的一种重要前体,已被证实具有一定的两亲性,可用于稳定Pickering乳液。本论文以GO稳定油包水(W/O)型Pickering HIPEs,并制备了GO-聚合物多孔材料。主要内容如下:(1)用阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对GO进行表面改性。通过电荷相互作用,CTAB分子提升了GO片层的表面亲油性,在水相中产生絮凝,该絮凝体具有插层结构。充分改性的GO能够稳定内相体积分数达80%的W/O型HIPEs.由于GO巨大的比表面积,仅0.2 mg/mL(按照连续相计算)的GO即可有效稳定HIPE,随着体系中稳定剂浓度的升高,乳液液滴尺寸减小,分布变窄。乳液连续相聚合之后,可生成具有闭孔结构的poly-Pickering HIPEs。以多孔聚合物为牺牲模板,在氮气氛围下高温煅烧,得到了3D大孔碳材料。氮气吸附脱附结果表明,这种碳材料具有一定的微孔结构,其比表面积达到490 m2/g。(2)以双长链的阳离子表面活性剂双十六烷基二甲基溴化铵(DHDAB)对GO进行表面改性。结果表明,相比于CTAB, DHDAB能够更加有效地提升GO片层表面的亲油性,在一个较宽的改性范围内,均能稳定W/O型Pickering HIPEs.考察了GO改性程度以及乳液水油比例对于最终多孔材料形貌的影响。我们发现,DHDAB能在较高改性程度的GO片层上形成双分子层吸附,改性GO片层的电荷性质发生改变,此时制备的poly-Pickering HIPEs具有良好的通孔结构,并对通孔产生的机理进行了详细研究。以通孔poly-Pickering HIPEs作为载体,通过一步法在孔壁负载了纳米银粒子。银粒子的吸附对孔壁表面GO的拉曼光谱的信号起到增强作用。
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