氣凝膠用于去除室內(nèi)甲醛的研發(fā)進(jìn)展
甲醛是一種典型的致癌揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），是常見(jiàn)的室內(nèi)空氣污染物，主要來(lái)源于甲醛樹(shù)脂類裝潢材料，對(duì)皮膚、黏膜有刺激作用，長(zhǎng)期接觸可引起慢性呼吸道疾病，目前已被世界衛(wèi)生組織確定為致癌物。同時(shí)，作為建筑、機(jī)械零部件、汽車(chē)等大量應(yīng)用的工程塑料，在高溫熔融加工過(guò)程中在熱、氧作用下易降解，并在其長(zhǎng)期使用過(guò)程中也會(huì)釋放出殘留的游離甲醛，造成嚴(yán)重環(huán)境污染而危害人類健康。傳統(tǒng)的甲醛去除方法主要有源頭控制、強(qiáng)力通風(fēng)，植物吸收與吸附、活性炭物理吸附等，而植物和物理吸附存在速度慢、對(duì)甲醛無(wú)選擇性、容易脫附等缺點(diǎn)。
氣凝膠是一類密度低、多孔、比表面積大的材料，作為氣體吸附劑極具潛力，是去除甲醛、降低VOC的理想吸附材料。相關(guān)研發(fā)進(jìn)展整理如下：
纖維素和殼聚糖是儲(chǔ)量豐富的可再生資源，纖維素作結(jié)構(gòu)材料的方法眾多，殼聚糖的重復(fù)單元是氨基葡萄糖，氨基可作為吸附甲醛的反應(yīng)位點(diǎn)。來(lái)自美國(guó)University of Wisconsin Madison的潘學(xué)軍教授團(tuán)隊(duì)提出了一種在溴化鋰水溶液中通過(guò)共溶-再生制備纖維素-殼聚糖復(fù)合氣凝膠并用于吸附去除甲醛的新方法，將纖維素和殼聚糖在三水合溴化鋰溶液中共溶-再生制備了多孔的復(fù)合氣凝膠用于吸附甲醛，纖維素賦予了復(fù)合氣凝膠物理強(qiáng)度，殼聚糖作為吸附甲醛的活性位點(diǎn)，多孔結(jié)構(gòu)（介孔）強(qiáng)化了甲醛的物理及化學(xué)吸附，因此復(fù)合氣凝膠吸附甲醛的速度更快、更高效（物理及化學(xué)吸附）。另外將茚三酮引入復(fù)合氣凝膠使其能夠?qū)崟r(shí)變化顏色，指示甲醛的吸附飽和程度，便于指導(dǎo)更換已經(jīng)吸附飽和的復(fù)合氣凝膠，極具商業(yè)化前景。
石墨烯氣凝膠（GA）也是去除甲醛的理想候選者。四川大學(xué)高分子研究所、高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室葉林教授團(tuán)隊(duì)在堅(jiān)韌超彈石墨烯氣凝膠構(gòu)建及其在甲醛吸附去除、壓阻傳感、隔熱等領(lǐng)域的應(yīng)用研究方面取得重要進(jìn)展。將柔性、高氨基密度聚乙烯亞胺（PEI）化學(xué)接枝于碳納米管（CNT）表面，獲得CNT-PEI雜化物，將其與氧化石墨烯（GO）復(fù)合，采用獨(dú)特的1D/2D自組裝策略制備了CNT-PEI@rGA石墨烯基氣凝膠，其具超低密度（9.6 mg•cm-3），CNT-PEI的引入有助于石墨烯納米片層（rGO）的相互連接，發(fā)揮其交聯(lián)、支撐、增韌作用，構(gòu)建出孔壁互連的柔性3D網(wǎng)絡(luò)骨架，從而有效避免石墨烯片層在外力作用下的滑移和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，表現(xiàn)出極高的壓縮強(qiáng)度（276.37kPa）、在90%應(yīng)變下優(yōu)異的可逆壓縮性及超彈性，在100次循環(huán)壓縮實(shí)驗(yàn)中，其壓縮強(qiáng)度/楊氏模量/能量損失系數(shù)保留率分別達(dá)95.65%/95.79% /91.72%，表現(xiàn)出突出的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及抗疲勞性。
同時(shí)，將纏結(jié)的CNT-PEI插層于rGO片層間，有效避免氣凝膠片層的嚴(yán)重堆積，產(chǎn)生更大的表面積和更多的甲醛吸附位點(diǎn)，發(fā)揮其高效物理-化學(xué)協(xié)同吸附效應(yīng)，其甲醛吸附容量高達(dá)568.41mg•g-1，約為rGA的3.28倍，其吸附能力優(yōu)于沸石、活性炭、金屬有機(jī)框架（MOF）、多孔有機(jī)聚合物等大多數(shù)吸附材料；進(jìn)一步將CNT-PEI@rGA研磨成粉末，其高強(qiáng)韌性使其保持了豐富的孔結(jié)構(gòu)及高比表面積，將0.9wt%氣凝膠粉末填充于聚甲醛基體中，采用常規(guī)熔融加工工藝制備復(fù)合材料，其分散均勻，在60℃/230℃下復(fù)合材料甲醛釋放量相對(duì)于普通聚甲醛分別降低69.63%/73.96%。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/smll.202300234
