氣凝膠用于去除室內甲醛的研發(fā)進展
甲醛是一種典型的致癌揮發(fā)性有機化合物（VOC），是常見的室內空氣污染物，主要來源于甲醛樹脂類裝潢材料，對皮膚、黏膜有刺激作用，長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，作為建筑、機械零部件、汽車等大量應用的工程塑料，在高溫熔融加工過程中在熱、氧作用下易降解，并在其長期使用過程中也會釋放出殘留的游離甲醛，造成嚴重環(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、強力通風，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、對甲醛無選擇性、容易脫附等缺點。
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。相關研發(fā)進展整理如下：
纖維素和殼聚糖是儲量豐富的可再生資源，纖維素作結構材料的方法眾多，殼聚糖的重復單元是氨基葡萄糖，氨基可作為吸附甲醛的反應位點。來自美國University of Wisconsin Madison的潘學軍教授團隊提出了一種在溴化鋰水溶液中通過共溶-再生制備纖維素-殼聚糖復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合氣凝膠用于吸附甲醛，纖維素賦予了復合氣凝膠物理強度，殼聚糖作為吸附甲醛的活性位點，多孔結構（介孔）強化了甲醛的物理及化學吸附，因此復合氣凝膠吸附甲醛的速度更快、更高效（物理及化學吸附）。另外將茚三酮引入復合氣凝膠使其能夠實時變化顏色，指示甲醛的吸附飽和程度，便于指導更換已經(jīng)吸附飽和的復合氣凝膠，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。四川大學高分子研究所、高分子材料工程國家重點實驗室葉林教授團隊在堅韌超彈石墨烯氣凝膠構建及其在甲醛吸附去除、壓阻傳感、隔熱等領域的應用研究方面取得重要進展。將柔性、高氨基密度聚乙烯亞胺（PEI）化學接枝于碳納米管（CNT）表面，獲得CNT-PEI雜化物，將其與氧化石墨烯（GO）復合，采用獨特的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，構建出孔壁互連的柔性3D網(wǎng)絡骨架，從而有效避免石墨烯片層在外力作用下的滑移和網(wǎng)絡結構的破壞，表現(xiàn)出極高的壓縮強度（276.37kPa）、在90%應變下優(yōu)異的可逆壓縮性及超彈性，在100次循環(huán)壓縮實驗中，其壓縮強度/楊氏模量/能量損失系數(shù)保留率分別達95.65%/95.79% /91.72%，表現(xiàn)出突出的結構穩(wěn)定性及抗疲勞性。
同時，將纏結的CNT-PEI插層于rGO片層間，有效避免氣凝膠片層的嚴重堆積，產(chǎn)生更大的表面積和更多的甲醛吸附位點，發(fā)揮其高效物理-化學協(xié)同吸附效應，其甲醛吸附容量高達568.41mg•g-1，約為rGA的3.28倍，其吸附能力優(yōu)于沸石、活性炭、金屬有機框架（MOF）、多孔有機聚合物等大多數(shù)吸附材料；進一步將CNT-PEI@rGA研磨成粉末，其高強韌性使其保持了豐富的孔結構及高比表面積，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合材料，其分散均勻，在60℃/230℃下復合材料甲醛釋放量相對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
