在全球提倡綠色環(huán)保發(fā)展的背景下，利用儲量豐富,、價格低廉,、綠色環(huán)保的生物質(zhì)資源作為氣凝膠的前驅(qū)體已成為發(fā)展趨勢,。與傳統(tǒng)的氣凝膠材料相比,，利用天然的生物質(zhì)材料制備的氣凝膠,，不僅兼具了傳統(tǒng)氣凝膠的大比表面積,、高孔隙率,、低密度以及三維互連的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等特點,，還具有生物降解性、可再生性并且表面易于改性等優(yōu)勢,，是一種環(huán)境友好型多功能材料,。可應(yīng)用于保溫隔熱,、生物醫(yī)學,、儲能,、吸附與分離和催化等領(lǐng)域。

齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）材料科學與工程學部氣凝膠材料創(chuàng)新團隊采用羧甲基纖維素鈉（CMC）為原料,，與PVA混合作為前驅(qū)體溶液,，將具有高吸附能力的beta-分子篩作為功能顆粒，通過定向冷凍干燥工藝設(shè)計組裝出具有定向多孔結(jié)構(gòu)的整體塊狀復合氣凝膠作為CH₄吸附材料,，解決了粉末吸附劑的弊端,。同時，對beta-分子篩/CMC/PVA（beta/CP）復合氣凝膠吸附材料的結(jié)構(gòu),、形態(tài)和表面性能進行了表征,，系統(tǒng)研究了復合氣凝膠對CH₄氣體的吸附儲存性能。

圖1 (a) CP氣凝膠,；(b) beta-分子篩,；(c) beta/CP-2； (d) beta/CP-4,； (e) beta/CP-6 ,；(f) beta/CP-8的SEM圖

   如圖1（a）所示，由于定向冷凍過程中冰晶的生成,，CP氣凝膠呈現(xiàn)出具有定向排列的孔隙結(jié)構(gòu),。在冷凍干燥過程后，CP氣凝膠可以為beta-分子篩顆粒在氣凝膠骨架中的超高負載提供良好的支撐,。由圖1（c-f）所示,，beta-分子篩均勻地被組裝于CP氣凝膠孔道結(jié)構(gòu)的表面之上。因此,，當beta-分子篩負載到 CP氣凝膠上之,，使孔隙結(jié)構(gòu)得到充分的暴露，大大提高了孔隙利用率,，進而提高了樣品的氣體吸附能力,。與此同時，孔壁間的孔隙結(jié)構(gòu)可以作為氣體輸送和散熱的通道,。 

圖2. CP氣凝膠,，beta-分子篩和beta/CP-N復合氣凝膠(a)N₂吸附-脫附等溫線；

(b)孔徑分布

圖3 beta-分子篩和beta/CP復合氣凝膠的CH₄吸附曲線和承受砝碼重量的照片

從圖2可以看出加入適量的beta-分子篩后,，使復合氣凝膠的微孔體積增大,，且均勻地分布在孔道結(jié)構(gòu)的表面，使復合氣凝膠形成分級多孔結(jié)構(gòu),，并產(chǎn)生的微孔吸附和大/中孔傳輸?shù)膮f(xié)同作用,。復合氣凝膠所增加的比表面積和微孔孔體積可為 CH₄氣體提供了更大的接觸面積和儲存空間，以確保更大的吸附能力。而存在的大/中孔可以充當氣體通道,，不僅能將CH₄氣體輸送到微孔的界面,，還可以擴散吸附過程中產(chǎn)生的熱量來減少吸附阻力。

從圖3可以看到beta/CP-4可承受200 g重量砝碼放在其頂部沒有任何形變,。本研究將具有吸附能力的beta-分子篩粉末顆粒轉(zhuǎn)化成具有優(yōu)異機械性能的整體塊狀吸附劑,，這直接表明 beta/CP復合氣凝膠具有優(yōu)異的機械強度，即使在高壓氣體通量下進行吸附也不會發(fā)生破碎,，也表明其在實際應(yīng)用中的潛力,。

上述成果“Carboxymethyl cellulose/polyvinyl alcohol composite aerogel supported beta molecular sieve for CH₄ adsorption and storage”發(fā)表在國際知名期刊《Carbohydrate Polymers》上。齊魯工業(yè)大學（山東省科學院）材料學部2020級研究生孫金強為文章的第一作者,，氣凝膠材料創(chuàng)新團隊張晶副研究員和伊希斌研究員為文章的共同通訊作者,。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121246