納米纖維素基氣凝膠制備及其CO2吸附性能研究進展

摘要： 空氣中超量排放的CO2對人體健康和環境造成了極大威脅，開發綠色高效的空氣過濾器成為焦點。納米纖維素基氣凝膠具有高比表面積、高反應活性、高可塑性等優點，在空氣過濾器制備領域得到廣泛關注和應用。本文對納米纖維素基氣凝膠的制備方法進行了綜述，評價了各方法的優缺點，總結了納米纖維素基氣凝膠在吸附CO2方面的研究現狀和進展，最后對納米纖維素基氣凝膠的未來發展趨勢和面臨的挑戰進行了總結展望。

關鍵詞：氣凝膠；吸附；CO2；納米纖維素

中圖分類號：TS7 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 01. 006

工業高速發展和人類活動每年排放了大量的化學空氣污染物；目前，空氣污染已成為一個重大的環境問題[1]。二氧化碳（CO2） 是備受關注的一種溫室氣體，其排放量增加是全球氣候變暖的主要原因之一[2]。CO2主要由人類活動和自然過程產生，其中人類活動包括化石燃料的燃燒（運輸、工業、食品加工、住房等）、農業廢棄物的焚燒和森林砍伐等[3]。CO2對維持地球的生存條件至關重要，但大氣中CO2含量的不斷增加，引發了全球氣溫上升。幾十年來，CO2排放量的增加導致全球平均氣溫上升了約1 ℃[4]。因此，為了減緩全球變暖并實現“碳達峰”與“碳中和”戰略，開發經濟有效的CO2捕獲技術至關重要。

CO2捕獲和儲存技術是減少大氣中溫室氣體含量及減少溫室氣體排放的關鍵技術，包括預燃燒、后燃燒和富氧燃燒3種方法[5]。盡管現有技術如吸收、膜分離和低溫分離對CO2捕獲有較好的作用，但均存在經濟和環境上的不足，因此需要成本更低且更環保的技術。吸附是一種具有發展前景的可大規模應用的CO2捕獲手段，但其CO2捕獲效果主要依賴于高選擇性和高吸附量的吸附劑[6]。吸附劑通過物理或化學作用吸附CO2，開發的化學吸附劑提供了結合物理和化學吸附優勢的可能性[7]。目前，研究人員已經開發了多種CO2吸附劑，如活性炭、有機聚合物、沸石、金屬-有機骨架化合物（MOF） 和金屬氧化物等[8]。然而，這些吸附劑主要來源于化石資源，大多數吸附劑的工業化生產面臨著設備復雜、使用有毒試劑、極易腐蝕和產能有限等挑戰[9]。因此，研究者仍然需要設計更高效、更經濟和可持續的CO2捕獲吸附劑。

納米纖維素基氣凝膠是一種十分有前途的新型環保材料，具有取代傳統的不可生物降解材料的潛力。納米纖維素結合了生物聚合物的重要特性，包括高比電阻和親水性[10]，通過先混合植物納米纖維素后使用少量交聯劑進行凝膠化的過程，可輕松制備納米纖維素基氣凝膠[11]。由此產生的柔軟多孔氣凝膠材料，具有高比表面積、低密度和良好的機械穩定性。為了提高納米纖維素基氣凝膠的各項性能，對其進行改性，包括引入胺官能團等手段，可以增強其捕獲CO2 的能力。

本文綜述了納米纖維素基氣凝膠合成方法，并闡述了其吸附機制，包括應用吸附動力學和等溫吸附模型來量化其吸附能力，考察影響吸附能力的因素；總結了通過功能化增強納米纖維素基氣凝膠吸附CO2的方法手段；提出了增強納米纖維素基氣凝膠CO2吸附能力的綜合視角和方法，以期幫助相關研究人員了解發展現狀和未來的研究方向。

1 納米纖維素基氣凝膠的制備

氣凝膠是一種具有3D網絡結構的多孔材料[12]，其類型主要有碳氣凝膠[13]、石墨烯氣凝膠[14]和生物質氣凝膠[15]等。其中，納米纖維素基氣凝膠因具有高孔隙率、極低密度和極高吸附能力的特點，受到研究者的廣泛關注。納米纖維素基氣凝膠由納米纖維素構成，具有復雜的三維網狀結構，孔隙率高達99％，孔徑3～5 000 nm，比表面積gt;600 m2/g，密度lt;0.5 mg/cm3。納米纖維素基氣凝膠具有密集的納米級孔隙，為氣體分子提供了充足的吸附位點，其連續的三維多孔網絡結構促進了氣體的有效擴散。此外，納米纖維素基氣凝膠擁有大的比表面積，進一步增大了氣體與固體界面之間的接觸概率，使納米纖維素基氣凝膠成為捕獲氣體的理想選擇[16]。納米纖維素基氣凝膠對CO2的吸附能力主要受其微觀結構和表面化學性質的影響。在納米纖維素基氣凝膠的制備過程中，納米纖維素的分散、交聯凝膠化及干燥步驟共同決定了氣凝膠的孔徑分布、比表面積、孔隙率，以及經過氨基改性后表面活性位點的分布，上述因素均對氣凝膠選擇性吸附CO2的能力產生直接影響。

1. 1 納米纖維素的分散與交聯凝膠化

納米纖維素基氣凝膠的傳統制備工藝需通過超聲波或機械技術將納米纖維素分散在水中。由于納米纖維素具有明確的晶體結構，且表面富含羥基，分子間和分子內氫鍵作用較強[17]，而這些化學相互作用使纖維素納米晶體（CNC） 或纖維素納米纖維（CNF） 易發生自聚集和纏結[18]。因此，CNC或CNF在水中分散時，會通過氫鍵和較長原纖維的纏結形成3D網絡。通過在納米纖維素表面引入帶負電的基團，可以利用靜電排斥作用形成更穩定的納米纖維素水分散體[19]。此外，這些電荷可以增加水凝膠模量，從而避免干燥過程中的收縮。納米纖維素的凝膠化過程，會導致其形成互相連接的聚合物網絡[20]。水凝膠形成的最終結構和凝膠化速度主要取決于纖維素分子鏈之間建立的交聯類型。物理交聯是由弱相互作用力實現，如范德華力、氫鍵、疏水或靜電相互作用[21]；化學交聯是通過在溶液中引入特定試劑來引發交聯劑與納米纖維素發生反應，從而形成共價鍵[22]，該過程可以通過自由基聚合、紫外線照射、希夫堿反應、加成、縮合或酶促反應等多種方法實現。Zhang等[23]通過帶負電荷的2，2，6，6-四甲基哌啶氧化物（TEMPO） 氧化纖維素納米纖維（TOCNF） 和帶正電的脫乙酰化甲殼素納米纖維（PDChNF） 之間的靜電作用，實現了納米纖維素和納米甲殼素的自組裝，制備高效、多功能的納米纖維素聚合水凝膠（BHH） 和氣凝膠（BHA），過程如圖1所示。該過程無需添加任何交聯劑，制備的氣凝膠具有良好的有毒重金屬離子和有機污染物的吸附能力。

Han等[24]以納米纖維素為原料，用1，2，3，4-丁烷四甲酸（BTCA） 作為化學交聯劑，BTCA 的羧基與納米纖維素的羥基發生酯化反應（圖2），形成了化學交聯，制備具有高機械性能的納米纖維素基氣凝膠。一般來說，相比物理交聯，化學交聯可以更好地控制氣凝膠的孔隙率，但需要更長的處理時間，且成本更高。

1. 2 納米纖維素基氣凝膠干燥技術

研究表明，納米纖維素基氣凝膠制備的關鍵在于采用合適的干燥技術來形成多孔結構[25]。在納米纖維素基水凝膠形成穩定的3D網絡結構后，需用氣體替換溶劑，同時保持網絡結構的完整性，完成納米纖維素基氣凝膠的干燥過程，主要采用常壓干燥、超臨界干燥和冷凍干燥3種方法。①常壓干燥法通過降低液體的表面張力，如使用異丙醇替代水，從而減少毛細壓力，防止孔結構變形[26]。該方法操作簡單，但需多次溶劑交換，適用于制備具有高透明度和良好過濾能力的氣凝膠。Toivonen等[27]將水性CNF分散液進行真空干燥，并將溶劑置換成異丙醇，再置換成辛烷，最終在常壓干燥下獲得了CNF氣凝膠膜。結果表明，CNF 氣凝膠膜透明度高（透射率gt;90%）、剛度強、抗拉強度高、介孔率高且透氣性好，對顆粒物有良好的過濾能力。②超臨界干燥法通過控制條件使溶劑達到臨界點，避免表面張力，從而保持氣凝膠結構完整[28]。該方法適用于納米纖維素基氣凝膠的大規模生產，使用乙醇和超臨界CO2進行溶劑交換，是制備納米纖維素基氣凝膠的有效方法。Kargarzadeh等[29]用乙醇對水凝膠進行溶劑交換，并對其進行超臨界CO2干燥，制備了納米纖維素基氣凝膠。乙醇在此過程中不具有任何的表面張力，因此水凝膠可以轉變為氣凝膠并保持其完整結構。一般情況下，乙醇和CO2是采用超臨界干燥法制備納米纖維素基氣凝膠的最佳選擇[30]。③冷凍干燥法是通過冷凍和升華去除溶劑，保持氣凝膠網絡結構的方法[31]。該方法能有效保持氣凝膠網絡結構完整性，并產生大孔徑氣凝膠，但成本高、能耗大，主要限于實驗室小規模使用[32]。

綜上所述，每種干燥方法均有其優勢和局限性，對氣凝膠的最終應用和效果也有顯著影響，如何選擇合適的干燥技術主要取決于所需氣凝膠的性能、成本和生產規模。不同制備方法得到的納米纖維素基氣凝膠具有不同的結構特點（表1），如高比表面積、低密度、高孔隙率等，這些特點使其在吸附CO2方面具有廣闊的應用前景。

2 納米纖維素基氣凝膠用于捕集CO2

納米纖維素基氣凝膠表現出多種結構特性，是一系列CO2捕獲應用的理想材料，其中氣凝膠的多孔結構提供了高比表面積，可以促進與CO2分子之間產生相互作用[33]。通過改變納米纖維素基氣凝膠的合成和加工條件，可以塑造其獨特的結構特性；通過對吸附機制的深入理解，可以評估和優化納米纖維素基氣凝膠的CO2吸附效率和吸附選擇性。

2. 1 CO2吸附機制

吸附是當氣體、液體或固體黏附到材料（吸附劑） 表面時，發生的表面分離現象[34]。氣凝膠吸附CO2 的過程涉及氣體分子與氣凝膠表面的物理及化學作用[35]。其中， 物理吸附通過弱相互作用發生[36]；而當氣凝膠表面的原子與CO2 分子之間發生價電子交換以形成強共價鍵時，就會發生化學吸附[37]。在吸附過程中，氣凝膠的孔徑、極性、表面結構等性質，能夠控制氣體和固體之間相互作用的類型[38]。因此，氣凝膠的類型、合成和加工條件是CO2 吸附的關鍵。具體來說，這些氣凝膠吸附劑需具有高吸附量、良好的熱穩定性、快速吸附動力學、優異氣體選擇性和易于再生的特點。然而，CO2 和氣凝膠之間的相互作用不應該太強，因為這可能導致CO2 的不可逆吸附，從而導致納米纖維素基氣凝膠成為一次性吸附劑[39]。Miao 等[40]以舊瓦楞紙箱中提取的纖維素作為原材料，以NaOH/尿素/H2O 作為溶劑，制備全纖維素基氣凝膠，并對全纖維素基氣凝膠吸附CO2前后的樣品進行紅外光譜分析。結果表明，吸附CO2后的氣凝膠樣品在2 354 cm?1處有1個新的較弱的吸收帶（圖3（a）），該吸收帶是由于CO2 的C—O 不對稱伸縮造成的，表明氣凝膠中的羥基基團不會與CO2 反應，其對CO2 的吸附是物理吸附。

2. 2 CO2吸附性能

納米纖維素基氣凝膠對CO2的吸附是通過范德華力、靜電相互作用和化學共價鍵實現。研究表明，多孔材料的CO2吸附能力取決于某些微孔結構的存在[41]。通常，微孔可分為極微孔（孔徑lt;0.7 nm） 和超微孔（孔徑0.7～2.0 nm） [42]。與孔徑較大的孔結構相比，超微孔的普遍存在顯著提高了CO2吸附能力[43]，這是因為在吸附過程中，隨著氣凝膠孔徑減小，相鄰孔壁之間的分子間作用力增強，相鄰勢壘的勢場相交，提高了CO2和吸附劑之間的相互作用能，而更強的相互作用則導致更高的吸附量。納米纖維素基氣凝膠具有包含中孔和大孔組合的多孔結構。Chen等[44]研究了四乙烯五胺/碳氣凝膠孔徑對CO2吸附能力的影響；結果表明，增大孔徑可以增強吸附動力學，這是因為更大的孔體積有利于氣體分子有效傳輸到氣凝膠孔結構中。Salhab等[45]將各種氣凝膠對CO2的吸收能力轉化為其比表面積、孔徑和孔體積的函數；結果表明，CO2的吸附量與每種氣凝膠比表面積的增加密切相關。Miao等[40]發現隨著NaOH/尿素/H2O溶解體系中纖維素濃度的增加，制備的全纖維素基氣凝膠網絡之間的交聯程度有所提升，這可能是因為隨著纖維素濃度的增加，流動阻力增加，纖維素分子之間的距離縮短，形成了更有利于CO2吸附的多孔網絡（圖3（b））。圖4顯示了在25 ℃下全纖維素基氣凝膠樣品的CO2吸附性能。由圖4 可知，該全纖維素基氣凝膠的吸附量最高可達11.78 mmol/g。以上研究表明，CO2捕獲能力不僅取決于氣凝膠的孔徑分布，還取決于其比表面積等特性。

環境溫度對氣凝膠的吸附動力學具有顯著影響，提高反應介質的溫度會增加氣凝膠對氣體粒子的平均吸附速率。Anas等[46]通過溶劑交換法制備了小麥淀粉氣凝膠，分別在308、318和328 K時，測定了氣凝膠對CO2的吸附能力。結果表明，在328 K時，小麥淀粉氣凝膠的CO2吸附量達到最大值（3.021 mmol/g），這歸因于更高的溫度提高了氣體粒子的平均動能，導致系統內能的增加，從而提高氣凝膠對氣體粒子的吸附能力。然而，部分研究表明，氣凝膠的CO2吸附量隨著環境溫度的升高而下降[47]。根據勒夏特列原理，平衡狀態下的CO2吸附量必須通過環境溫度的降低或壓力的增加來補償，因此隨著環境溫度提升，CO2吸附量會下降。為避免這種趨勢，可通過在不同環境溫度下，繪制吸附等溫線來預測氣凝膠的最佳吸附溫度。此外，環境溫度會影響氣體分子的內能，進而影響氣凝膠對氣體粒子的平均吸附速率；因此，必須確定吸附系統的最佳溫度范圍。表2總結了部分近年來納米纖維素基氣凝膠吸附CO2的研究成果。

2. 3 氨基改性氣凝膠吸附CO2

氣凝膠與CO2之間的相互作用對氣凝膠吸附起著關鍵作用。通過對氣凝膠孔表面進行氨基改性以提高與CO2的親和力，可以增強氣凝膠對CO2的捕集能力。這是因為CO2是一種弱路易斯酸，含有1個能夠接受來自路易斯堿的1對電子空軌道；氮原子可以通過提供不成對電子對充當路易斯堿[47]，故在氣凝膠表面接枝胺基會在CO2分子和極性氮原子之間產生四極矩相互作用，從而使吸附量增加[50]。

2. 3. 1 化學接枝法

化學接枝法是一種常用的氨基改性方法。將納米纖維素基氣凝膠浸入含胺基化合物的溶液中，在一定的pH值和溫度下進行反應，可以促進胺基化合物與纖維素的化學結合[51]。在接枝反應完成后，需要對氣凝膠進行多次洗滌以去除未反應的胺基化合物和副產物[52]，并在特定條件下干燥氣凝膠，以保持其多孔結構。在特定情況下，需要使用交聯劑來穩定接枝的胺基化合物，防止其在后續使用中脫落[53]。目前，常用的氨基改性試劑包括3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTES）、3- 氨丙基三乙氧基硅烷（AEPES） 等[54]。

Linneen等[51]分別通過單氨基硅烷、二氨基硅烷和三氨基硅烷（結構如圖5 所示） 對氣凝膠進行氨基表面接枝改性，研究表面功能化的氣凝膠對CO2的吸附能力。結果表明，三元胺的氮負載量（以N元素含量計，下同） 達4.13 mmol/g，而一元胺的氮負載量為1.59 mmol/g，且氣凝膠氮負載量的增加，可以增強氨基化氣凝膠的CO2 吸附量。然而，氣凝膠中胺的超載會導致氣凝膠收縮，破壞孔隙結構并阻塞孔隙之間的網絡，使氣凝膠的孔體積和比表面積變小，從而減少CO2 吸附量。這是因為氣凝膠的CO2 吸附量不僅取決于氮負載量，還取決于氣凝膠比表面積。

Sartoretti等[55]使用氨基硅烷通過氣相反應對CNC氣凝膠進行功能化，并應用雙位點Langmuir吸附模型對氨基硅烷接枝的CNC氣凝膠的CO2吸附能力進行擬合。結果表明，三乙胺顯著提高了氣凝膠的胺負載量，在120 ℃下的胺負載量為7.06 mmol/g。此外，氨基硅烷中的伯胺基團在氣相反應中被完好地保留了下來，并均勻分布在功能化CNC 氣凝膠多孔結構中。在25 ℃、101.33 kPa 的條件下，功能化CNC 氣凝膠的CO2吸附量高達2.57 mmol/g，其中化學吸附完全占主導地位，并且在吸附-解吸循環6 次后，功能化CNC氣凝膠的吸附量僅下降了3%～4%。因此，氣相反應為功能化CNC氣凝膠捕獲CO2提供了一種新的、可行的方法。

綜上所述，化學接枝法的優點包括能夠實現較高的接枝密度和較好的穩定性，但需要較為嚴格的反應條件和復雜的后處理步驟[56]。氨基改性納米纖維素基氣凝膠由于增加了胺基官能團，能夠通過化學吸附增強對CO2的捕獲能力，從而在環境治理和氣體分離等領域展現出應用潛力。

2. 3. 2 化學氣相沉積法

化學氣相沉積法（chemical vapor deposition，CVD） 是一種在氣凝膠表面沉積胺基化合物的技術[56]。首先，選擇合適的胺基化合物作為沉積源，這些化合物需在氣相中具有足夠的揮發性，能夠在氣凝膠表面發生化學反應[57]。然后，將納米纖維素基氣凝膠置于CVD反應室內，并確保反應室的密封性和溫度控制。當胺源在外部加熱至適當溫度后，使胺基化合物蒸發成氣態，然后通過載氣（如氮氣或氬氣） 輸送至反應室內。此時，氣態胺基化合物在納米纖維素基氣凝膠表面發生化學反應，如熱分解或化學吸附，形成胺基功能化層。在CVD改性期間，精確控制CVD過程中的溫度、壓力、載氣流速和沉積時間，以實現均勻且可控的胺基化合物沉積[58]。沉積完成后，需要在特定環境下進行后處理，如在惰性氣體氛圍下冷卻，以固化沉積層。最后，根據吸附性能測試結果，調整CVD 參數，如溫度、壓力、沉積時間和胺源的種類，以實現最佳的吸附效果[59]。

Marques等[47]以2，4-二羥基苯甲酸與甲醛為原料，通過CVD 法制備了胺改性碳氣凝膠，分別在308、348和373 K的溫度條件下，對胺改性碳氣凝膠進行CO2捕集實驗。結果表明，當溫度在308～373 K范圍內，該碳氣凝膠對CO2的吸附量呈負相關關系（CO2吸附量為1.59～0.45 mmol/g）， 表明在吸附過程中，CO2 與胺基發生解離，導致共價相互作用減少。Xu等[60]以3-（2-氨基乙基氨基）-丙基甲基二甲氧基硅烷（APS） 為改性劑，通過CVD 法制備了一種新型氨基功能化的APS-CNC 氣凝膠（見圖6）。結果表明，在APS-CNC氣凝膠的吸附等溫線中，吸附分支在壓力7.5 mmHg （1 kPa） 之前呈垂直上升趨勢，解吸分支在低壓時開始顯著下降，但物理吸附效應僅在壓力高于7.5 mmHg時才顯著，這可能是因為低壓條件下APS-CNC 氣凝膠表面的有機胺與CO2 反應形成氨基甲酸酯，并獲得氫鍵，從而形成穩定的化學吸附。

綜上所述，CVD法的優點包括能夠在氣凝膠表面形成均勻且連續的胺基化合物層，同時保持氣凝膠的多孔結構和低密度特性[60]。此外，CVD法可以在較低的溫度下進行，減少對納米纖維素基氣凝膠原有結構的破壞。然而，CVD過程需要特定的設備和精確的控制，以確保胺基化合物的有效沉積和均勻分布[61]。通過CVD法進行氨基改性，納米纖維素基氣凝膠的表面官能團得到增強，從而提高了對CO2的吸附能力，這使改性后的氣凝膠在環境治理和氣體分離等領域具有潛在的應用價值。

2. 3. 3 原位聚合法

原位聚合法是一種在納米纖維素基氣凝膠的制備過程中，直接合成胺基功能化結構的方法[62]。該方法通常涉及將含胺單體或前體，直接引入氣凝膠的合成過程中，通過聚合反應在納米纖維素的網絡結構中，原位形成胺基化合物[63]。在原位聚合過程中，精確控制聚合反應的條件，如溫度、時間、pH值等，可以獲得理想的聚合度和胺基官能團的分布。

Sobani等[64]通過溶膠-凝膠法將N-（2-氨乙基）-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷（APMDS） 引入CNF 氣凝膠中（見圖7），過程中APMDS與CNF上的羥基發生聚合反應，實現了在CNF中引入了伯胺基團，最終制備的氨基改性CNF 氣凝膠（APMDS-CNF 氣凝膠） 在25 ℃、15 kPa的條件下，通過化學和物理相互作用，CO2吸附量達1.02 mmol/g。

Cheng等[65]以纖維素為原料，聚乙烯亞胺（PEI）為交聯劑，通過溶膠-凝膠法，制備纖維素交聯PEI氣凝膠。結果表明，纖維素的羥基可以與PEI發生接枝反應，從而減小氣凝膠比表面積的降低幅度，比表面積可達234.2 m2/g，在常溫、干燥條件下，纖維素交聯PEI 氣凝膠對CO2 的最高吸附量達2.31 mmol/g，且在重復使用10次后，吸附效率保持不變。

綜上所述，原位聚合法的優點在于可以在納米纖維素基氣凝膠的整個網絡結構中均勻地引入胺基官能團，避免了后期處理可能導致的缺陷[66]，且這種方法可以一步完成氣凝膠的制備和功能化，簡化了工藝流程。然而，原位聚合法可能需要精確控制聚合反應的條件，以確保氣凝膠的多孔結構和機械性能不受損害。表3總結了近年來部分氨基改性氣凝膠及其吸附CO2的研究結果。

3 總結與展望

隨著社會進步和環保意識的提升，可再生且環境友好的纖維素材料越來越受到科研工作者的重視。納米纖維素基氣凝膠因其高比表面積、高孔隙率和強吸附性能，在空氣凈化方面具有顯著的應用潛力。

本文全面總結了納米纖維素基氣凝膠的制備技術，探討了其在CO2吸附領域的最新研究進展。盡管納米纖維素基氣凝膠在空氣凈化方面具有巨大潛力，但其研究和商業化仍面臨一些挑戰。

3. 1 納米纖維素的制備過程復雜，涉及較多步驟，且常需使用成本高昂且有毒的化學品，這增加了大規模生產的難度和成本。

3. 2 盡管通過胺官能化提高納米纖維素基氣凝膠對CO2 的吸附效率是一種有效方法，但接枝胺的穩定性問題限制了氣凝膠吸附性能的進一步提升。需要篩選更穩定、高效的胺基團以增強吸附劑的性能。

3. 3 迫切需要開發專用的分析和模擬工具來研究氣凝膠的合成和材料特性，這些工具將促進對氣凝膠合成過程、材料性能和吸附機制的深入理解。

參考文獻

［1］ YAO X， LAU N T， CHAN C K， et al. Size distributions and

condensation growth of submicron particles in on-road vehicle plumes

in Hong Kong ［J］. Atmospheric Environment， 2007， 41（16）：

3328-3338.

［2］ HU D， JIANG J. A Study of Smog Issues and PM2. 5 Pollutant Control

Strategies in China ［J］. Journal of Environmental Protection， 2013，

4（7）： 746-752.

［3］ BAYON G， BIROT D， RUFFINE L， et al. Evidence for intense

REE scavenging at cold seeps from the Niger Delta margin ［J］.

Earth amp; Planetary Science Letters， 2011， 312（3/4）： 443-452.

［4］ MAHFOUDHI N， BOUFI S. Nanocellulose as a novel nanostructured

adsorbent for environmental remediation： A review ［J］. Cellulose，

2017， 24（3）： 1171-1197.

［5］ FIOL N， TARRéS Q， VáSQUEZ M G， et al. Comparative

assessment of cellulose nanofibers and calcium alginate beads for

continuous Cu（II） adsorption in packed columns： The influence of

water and surface hydrophobicity ［J］. Cellulose， 2021， 28（7）：

4327-4344.

［6］ GAO X， ZHANG J， SCHOTZ C D. Water repellent composition for

improving wood product dimensional stability：US20060504387 ［P］.

2008-08-13.

［7］ 馬小伍， 曹 旗， 雷得定， 等. 纖維板產品尺寸穩定性的研究現

狀（I）——我國纖維板產品尺寸穩定性研究的現狀［J］. 人造板通

訊，2004，11（8）：4-7.

MA X W， CAO Q， LEI D D， et al. Research status of dimensional

stability of fiberboard products （I） — Current situation of research on

dimensional stability of fiberboard products in China ［J］. China

Wood-Based Panels， 2004， 11（8）： 4-7.

［8］ 陳 寧， 王 超， 竇云， 等. 金屬有機框架/纖維素紙復合材料

的合成及應用研究進展［ J］. 中國造紙， 2023， 42（1）： 121-130.

CHEN N， WANG C， DOU Y， et al. Research Progress on Synthesis

and Application of Metal-organic Frameworks/Cellulose Paper Com?

posites［ J］. China Pulp amp; Paper， 2023， 42（1）： 121-130.

［9］ 張希偉， 趙承科， 黃六蓮， 等. 納米纖維素的氧化法制備工藝及

其在氣凝膠、水凝膠和膜材料領域的應用研究進展［ J］. 中國造

紙， 2023， 42（12）： 100-110.

ZHANG X W， ZHAO C K， HUANG L L， et al. Review on Nanocel?

lulose Preparation via Oxidative Processes and Its Applications in

Aerogel， Hydrogel， and Membrane Materials ［J］. China Pulp amp; Pa?

per， 2023， 42（12）： 100-110.

［10］ CAO Y， CHEN X， LI Y， et al. Regulating and Controlling the

Microstructure of Nanocellulose Aerogels by Varying the Intensity of

Hydrogen Bonds ［J］. ACS Sustainable Chemistry and Engineering，

2023， 11（4）： 1581-1590.

［11］ LIU S， SARMAD A Q， MAHPARA Q， et al. Engineered nanocellulosebased

hydrogels for smart drug delivery applications ［J］. International

Journal of Biological Macromolecules， DOI： 10. 1016/j.

ijbiomac. 2021. 03. 147.

［12］ LAURA P D M C， MICHELINE VAZ DE M D， CAROLINA C D O

A， et al. Capture and Reuse of Carbon Dioxide （CO2） for a Plastics

Circular Economy： A Review［J］. Processes， 2021， 9（5）：

759-766.

［13］ NIELSEN T K， POLANSKI M， ZASADA D， et al. Improved

Hydrogen Storage Kinetics of Nanoconfined NaAlH4 Catalyzed with

TiCl3 Nanoparticles［ J］. ACS Nano， 2011， 5（5）： 4056-4064.

［14］ QIAO H， HUANG Z， LIU S， et al. Novel Mixed-dimensional

Photocatalysts Based on 3D Graphene Aerogel Embedded with TiO2/

MoS2 Hybrid ［J］. The Journal of Physical Chemistry C， DOI：

10. 1021/acs. jpcc. 9b00466.

［15］ LIAO Y， PANG Z， PAN X. Fabrication and Mechanistic Study of

Aerogels Directly from Whole Biomass［J］. ACS Sustainable Chemistry

amp; Engineering， DOI：10. 1021/acssuschemeng. 9b04032.

［16］ PACHUAU L S. A Mini Review on Plant-based Nanocellulose：

Production， Sources， Modifications and Its Potential in Drug Delivery

Applications［ J］. Mini Reviews in Medicinal Chemistry， 2015，15（7）：

543-552

［17］ XIAO S， GAO R， LU Y， et al. Fabrication and characterization of

nanofibrillated cellulose and its aerogels from natural pine needles ［J］.

Carbohydrate Polymers， 2015， 119： 202-209.

［18］ FALL A B， LINDSTR?M S B， SUNDMAN O， et al. Colloidal

Stability of Aqueous Nanofibrillated Cellulose Dispersions ［J］.

Langmuir， 2011， 27（18）： 11332-11338.

［19］ ALEMDAR A， SAIN M. Biocomposites from wheat straw

nanofibers： Morphology， thermal and mechanical properties ［J］.

Composites Science and Technology， 2008， 68（2）： 557-565.

［20］ NECHYPORCHUK O， BELGACEM M N， BRAS J. Production of

cellulose nanofibrils： A review of recent advances ［J］. Industrial

Crops and Products， 2016， 93： 2-25.

［21］ GARCíA A， GANDINI A， LABIDI J， et al. Industrial and crop

wastes： A new source for nanocellulose biorefinery ［J］. Industrial

Crops and Products， 2016， 93： 26-38.

［22］ BOUFI S， CHAKER A. Easy production of cellulose nanofibrils

from corn stalk by a conventional high speed blender ［J］. Industrial

Crops and Products， 2016， 93： 39-47.

［23］ ZHANG X， ELSAYED I， NAVARATHNA C， et al. Biohybrid

Hydrogel and Aerogel from Self-assembled Nanocellulose and

Nanochitin as a High-efficiency Adsorbent for Water Purification ［J］.

ACS Applied Materials amp; Interfaces， 2019， 11（50）： 46714-46725.

［24］ HAN L， WU S， HU Z， et al. Hierarchically Porous MoS2-carbon

Hollow Rhomboids for Superior Performance of the Anode of

Sodium-ion Batteries ［J］. ACS Applied Materials amp; Interfaces，

2020， 12（9）： 10402-10409.

［25］ DINESH， WANG H， KIM J. Citric Acid-crosslinked Highly

Porous Cellulose Nanofiber Foam Prepared by an Environmentfriendly

and Simple Process［J］. Global Challenges， DOI：10. 1002/

gch2. 202200090.

［26］ ARAVIND P R， SHAJESH P， SORARU G D， et al. Ambient

pressure drying： A successful approach for the preparation of silica

and silica based mixed oxide aerogels ［J］. Journal of Sol-Gel

Science and Technology， 2010， 54（1）： 105-117.

［27］ TOIVONEN M S， KASKELA A， ROJAS O J， et al. Ambient-dried

Cellulose Nanofibril Aerogel Membranes with High Tensile Strength

and Their Use for Aerosol Collection and Templates for Transparent，

Flexible Devices［ J］. Advanced Functional Materials， 2015， 25（42）：

6618-6626.

［28］ MANZOCCO L， PLAZZOTTA S， POWELL J， et al. Structural

characterisation and sorption capability of whey protein aerogels

obtained by freeze-drying or supercritical drying ［J］. Food

Hydrocolloids， 2022， 122： 107-117.

［29］ KARGARZADEH H， HUANG J， LIN N， et al. Recent

Developments in Nanocellulose-based Biodegradable Polymers，

Thermoplastic Polymers， and Porous Nanocomposites［J］. Progress

in Polymer Science， DOI：10. 1016/j. progpolymsci. 2018. 07. 008.

［30］ GARCíA-GONZáLEZ C A， CAMINO-REY M C， ALNAIEF M， et al.

Supercritical drying of aerogels using CO2： Effect of extraction time

on the end material textural properties ［J］. The Journal of

Supercritical Fluids， 2012， 66： 297-306.

［31］ SHAO G， HANAOR D A H， WANG J， et al. Polymer-derived

SiOC integrated with a graphene aerogel as a highly stable Li-ion

battery anode［J］. ACS Applied Materials amp; Interfaces， DOI：

10. 1021/acsami. 0c12376.

［32］ BARACHINI S， TROMBI L， DANTI S， et al. Morpho-functional

characterization of human mesenchymal stem cells from umbilical

cord blood for potential uses in regenerative medicine ［J］. Stem

Cells amp; Development， 2009， 18（2）： 293-305.

［33］ LEUNG D Y C， GIORGIO C， MAROTO-VALER M M. An overview

of current status of carbon dioxide capture and storage technologies ［J］.

Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2014， 39： 426-443.

［34］ KECILI R， HUSSAIN C M. Mechanism of Adsorption on

Nanomaterials ［J］. Nanomaterials in Chromatography， 2018：

89-115.

［35］ JüRGEN K， STAUDT R. Gas Adsorption Equilibria： Experimental

Methods and Adsorption Isotherms［J］. Separation amp; Purification

Reviews， DOI：10. 1080/03602548408058530.

［36］ KESHAVARZ L， GHAANI M R， MACELROY J M D， et al. A

comprehensive review on the application of aerogels in CO2-adsorption：

Materials and characterisation［J］. Chemical Engineering Journal，

DOI：10. 1016/j. cej. 2021. 128604.

［37］ CHEN M F， CHEN Y Q， LI J Z， et al. Adsorption of imidazoliumbased

ionic liquids on the Fe（100） surface for corrosion inhibition：

Physisorption or chemisorption ［J］. Journal of Molecular Liquids，

2022， 367： 120-148.

［38］ GOTO K， OKABE H， SHIMIZU S， et al. Evaluation method of novel

absorbents for CO2 capture［J］. Energy Procedia， DOI： 10. 1016/j.

egypro. 2009. 01. 143.

［39］ KATTAWY H A E， NAGA M A， SHATA A， et al. Potential

impact of urocortin Ⅰ on sperm count， motility and sex hormone

profiles in normal adult rats［J］. African Journal of Pharmacy and

Pharmacology， DOI：10. 5897/ajpp2016. 4634.

［40］ MIAO Y J， LUO H C， PUDUKUDY M， et al. CO2 capture

performance and characterization of cellulose aerogels synthesized

from old corrugated containers ［J］. Carbohydrate Polymers， DOI：

10. 1016/j. carbpol. 2019. 115380.

［41］ NWABUEZE Q A， LEGGETT S. Advancements in the Application

of CO2 Capture and Utilization Technologies—A Comprehensive

Review［J］. Fuels， DOI：10. 3390/fuels5030028.

［42］ GIL M V， PEVIDA C， CENTENO T A. Standing out the key role of

ultramicroporosity to tailor biomass-derived carbons for CO2 capture［J］.

Journal of CO2 Utilization， DOI：10. 1016/j. jcou. 2018. 04. 016.

［43］ YURDUEN A， YüRüM A， YüRüM Y. The role of

ultramicropores in the CO2 adsorption capacity of Fe-BTC

crystallites synthesized with a perturbation-assisted nanofusion

synthesis strategy［ J］. Cryst. Eng. Comm. ， 2020， 22：44-69.

［44］ CHEN L， GONG M， CHENG Y， et al. Effect of Pore Structure of

Supports on CO2 Adsorption of Tetraethylenepentamine/Carbon

Aerogels Prepared by Incipient Wetness Impregnation Method ［J］.

Polish Journal of Environmental Studies， 2019， 6：61-79.

［45］ SALHAB A M. A Study of Interference Effect on the Performance of

RIS-equipped Source and Relays DF Relay Network ［J］. Arabian

Journal for Science and Engineering， 2024， 49： 1130-1145.

［46］ ANAS M， G?NEL A G K， BOZBAG S E， et al. Thermodynamics

of Adsorption of Carbon Dioxide on Various Aerogels ［J］. Journal

of CO2 Utilization， 2017， 21： 82-89.

［47］ MARQUES L M， CARROTT P J M， CARROTT M M L R. Aminemodified

carbon aerogels for CO2 capture［J］. Adsorption Science amp;

Technology， DOI：10. 1260/0263-6174. 31. 2-3. 223.

［48］ ZHANG T， ZHANG Y， WANG X， et al. Characterization of the

nano-cellulose aerogel from mixing CNF and CNC with different

ratio［ J］. Materials Letters， 2018， 229： 103-106.

［49］ ABBASI MOUD A. Advanced cellulose nanocrystals （CNC） and

cellulose nanofibrils （CNF） aerogels： Bottom-up assembly perspective

for production of adsorbents ［J］. International Journal of Biological

Macromolecules， 2022， 222： 1-29.

［50］ JIANG X， KONG Y， ZHAO Z Y， et al. Spherical amine grafted

silica aerogels for CO2 capture ［J］. RSC Advances， DOI：10. 1039/

D0RA04497K.

［51］ LINNEEN N N， PFEFFER R， LIN Y S. CO2 adsorption

performance for amine grafted particulate silica aerogels ［J］.

Chemical Engineering Journal， DOI：10. 1016/j. cej. 2014. 05. 087.

［52］ KUMAR G， DORA D T K， DEVARAPU S R. Hydrophobicized cum

amine-grafted robust cellulose-based aerogel for CO2 capture ［J］.

Biomass Conversion and Biorefinery， 2024， 14（11）： 12127-12141.

［53］ ZHANG L， SHEN S， GUO C， et al. A gentle strategy to design

amine-functionalized cellulose aerogel with tunable graft density for

urea adsorption ［J］. Chemical Engineering Science， 2024， 283：

119-131.

［54］ LINNEEN N N， PFEFFER R， LIN Y S. Amine Distribution and

Carbon Dioxide Sorption Performance of Amine Coated Silica

Aerogel Sorbents： Effect of Synthesis Methods ［J］. Industrial amp;

Engineering Chemistry Research， 2013， 52（41）： 14671-14679.

［55］ SARTORETTI C J， ULMANN M， ALEXANDER B D， et al.

Photoelectrochemical oxidation of water at transparent ferric oxide

film electrodes ［J］. Chemical Physics Letters， DOI：10. 1016/

S0009-2614（03）00910-2.

［56］ CHERNOMORDIK B D. Comparison of alpha-ferric oxide

electrodes grown by direct plasma and thermal oxidation of iron for

photoelectrochemical water splitting ［D］. Louisville： University of

Louisville， 2009.

［57］ BODAY D J. Silica aerogel-polymer nanocomposites and new

nanoparticle syntheses［D］. Tucson： University of Arizona，2009.

［58］ VANYOREK L， LOCHE D， KATONA H， et al. Optimization of

the Catalytic Chemical Vapor Deposition Synthesis of Multiwall

Carbon Nanotubes on FeCo（Ni）/SiO2 Aerogel Catalysts by Statistical

Design of Experiments ［J］. The Journal of Physical Chemistry C，

2011， 115（13）： 5894-5902.

［59］ YANG Y. Method for making an improved aerogel catalyst for

making single-wall carbon nanotubes by chemical vapor deposition：

US20030375916［P］. 2003-12-04.

［60］ XU J J， WANG P P， XIE X J， et al. The aminosilane

functionalization of cellulose nanocrystal aerogel via vapor-phase

reaction and its CO2 adsorption characteristics［J］. Journal of

Applied Polymer Science， DOI：10. 1002/app. 50891.

［61］ OSORIO D A， SEIFRIED B， MOQUIN P， et al. Morphology of

cross-linked cellulose nanocrystal aerogels： Cryo-templating versus

pressurized gas expansion processing ［J］. Journal of Materials

Science， 2018， 53（13）： 9842-9860.

［62］ MIRSHAFIEI L S A， HADDADI A V， ROGHANI M H， et al. In situ

atom transfer radical polymerization of styrene in the presence of

nanoporous silica aerogel： Kinetic study and investigation of thermal

properties［ J］. Journal of Polymer Research， 2013， 20（6）： 163-211.

［63］ MIRSHAFIEI L S A， HADDADI A V， ROGHANI M H， et al.

Synthesis of hybrid free and nanoporous silica aerogel-anchored

polystyrene chains via in situ atom transfer radical polymerization ［J］.

Polymer Composites， 2013， 34（10）： 665-678.

［64］ SOBANI M， HADDADI A V， SALAMI K M， et al. \"Grafting

through\" approach for synthesis of polystyrene/silica aerogel

nanocomposites by in situ reversible addition-fragmentation chain

transfer polymerization ［J］. Journal of Sol-Gel Science and

Technology， 2013， 66（2）： 337-344.

［65］ CHENG W， OKUBAYASHI S. Polyethyleneimine-crosslinked

Cellulose Aerogel for Combustion CO2 Capture ［J］. Carbohydrate

Polymers， 2019， 225： 115-248.

［66］ ZHANG M， JIANG S， LI M， et al. Superior stable， hydrophobic

and multifunctional nanocellulose hybrid aerogel via rapid UV

induced in-situ polymerization ［J］. Carbohydrate Polymers， 2022，

288： 119-146.

［67］ HAO S， CHANG H， XIAO Q， et al. One-pot Synthesis and CO2

Adsorption Properties of Ordered Mesoporous SBA-15 Materials

Functionalized with APTMS ［J］. The Journal of Physical Chemistry

C， 2011， 115（26）： 12873-12882.

［68］ GIL M， TISCORNIA I， IGLESIA ó D L， et al. Monoamine-grafted

MCM-48： An efficient material for CO2 removal at low partial

pressures ［J］. Chemical Engineering Journal， 2011， 175：

291-297.

［69］ OLEA A， SANZ-PéREZ E S， ARENCIBIA A， et al. Aminofunctionalized

pore-expanded SBA-15 for CO2 adsorption ［J］.

Adsorption， 2013， 19（2）： 589-600.

［70］ KNOWLES G P， DELANEY S W， CHAFFEE A L. Diethylenetriamine

［propyl（silyl）］-Functionalized （DT） Mesoporous Silicas as CO2

Adsorbents ［J］. Industrial amp; Engineering Chemistry Research， 2006，

45（8）： 2626-2633.

［71］ KO Y G， LEE H J， OH H C， et al. Amines immobilized doublewalled

silica nanotubes for CO2 capture ［J］. Journal of Hazardous

Materials， 2013， 250/251： 53-60.

［72］ BELMABKHOUT Y， HEYMANS N， WEIRELD D G， et al.

Simultaneous Adsorption of H2S and CO2 on Triamine-grafted Poreexpanded

Mesoporous MCM-41 Silica ［J］. Energy amp; Fuels， 2011，

25（3）： 1310-1315.

［73］ KIM S N， SON W J， CHOI J S， et al. CO2 adsorption using aminefunctionalized

mesoporous silica prepared via anionic surfactantmediated

synthesis ［J］. Microporous and Mesoporous Materials，

2008， 115（3）： 497-503.

［74］ HEYDARI-GORJI A， SAYARI A. Thermal， Oxidative， and CO2-

induced Degradation of Supported Polyethylenimine Adsorbents ［J］.

Industrial amp; Engineering Chemistry Research， 2012， 51（19）： 6887-

6894.

［75］ LINNEEN N N， PFEFFER R， LIN Y S. CO2 adsorption

performance for amine grafted particulate silica aerogels ［J］.

Chemical Engineering Journal， 2014， 254： 190-197.

［76］ SáNCHEZ-VICENTE Y， PANDO C， CORTIJO M， et al.

Chemical surface modification of mesoporous silica SBA-15 with a

tertiary aminosilane using supercritical carbon dioxide ［J］.

Microporous and Mesoporous Materials， 2014， 193： 145-153.

［77］ LóPEZ-ARANGUREN P， FRAILE J， VEGA L F， et al.

Regenerable solid CO2 sorbents prepared by supercritical grafting of

aminoalkoxysilane into low-cost mesoporous silica ［J］. The Journal

of Supercritical Fluids， 2014， 85： 68-80.

［78］ POWELL C E， QIAO G G. Polymeric CO2/N2 gas separation

membranes for the capture of carbon dioxide from power plant flue

gases ［J］. Journal of Membrane Science， 2006， 279（1）： 1-

49. CPP

（責任編輯：魏琳珊）