气凝胶用于去除室内甲醛的研发进展
甲醛是一种典型的致癌挥发性有机化合物（VOC），是常见的室内空气污染物，主要来源于甲醛树脂类装潢材料，对皮肤、黏膜有刺激作用，长期接触可引起慢性呼吸道疾病，目前已被世界卫生组织确定为致癌物。同时，作为建筑、机械零部件、汽车等大量应用的工程塑料，在高温熔融加工过程中在热、氧作用下易降解，并在其长期使用过程中也会释放出残留的游离甲醛，造成严重环境污染而危害人类健康。传统的甲醛去除方法主要有源头控制、强力通风，植物吸收与吸附、活性炭物理吸附等，而植物和物理吸附存在速度慢、对甲醛无选择性、容易脱附等缺点。
气凝胶是一类密度低、多孔、比表面积大的材料，作为气体吸附剂极具潜力，是去除甲醛、降低VOC的理想吸附材料。相关研发进展整理如下：
纤维素和壳聚糖是储量丰富的可再生资源，纤维素作结构材料的方法众多，壳聚糖的重复单元是氨基葡萄糖，氨基可作为吸附甲醛的反应位点。来自美国University of Wisconsin Madison的潘学军教授团队提出了一种在溴化锂水溶液中通过共溶-再生制备纤维素-壳聚糖复合气凝胶并用于吸附去除甲醛的新方法，将纤维素和壳聚糖在三水合溴化锂溶液中共溶-再生制备了多孔的复合气凝胶用于吸附甲醛，纤维素赋予了复合气凝胶物理强度，壳聚糖作为吸附甲醛的活性位点，多孔结构（介孔）强化了甲醛的物理及化学吸附，因此复合气凝胶吸附甲醛的速度更快、更高效（物理及化学吸附）。另外将茚三酮引入复合气凝胶使其能够实时变化颜色，指示甲醛的吸附饱和程度，便于指导更换已经吸附饱和的复合气凝胶，极具商业化前景。
石墨烯气凝胶（GA）也是去除甲醛的理想候选者。四川大学高分子研究所、高分子材料工程国家重点实验室叶林教授团队在坚韧超弹石墨烯气凝胶构建及其在甲醛吸附去除、压阻传感、隔热等领域的应用研究方面取得重要进展。将柔性、高氨基密度聚乙烯亚胺（PEI）化学接枝于碳纳米管（CNT）表面，获得CNT-PEI杂化物，将其与氧化石墨烯（GO）复合，采用独特的1D/2D自组装策略制备了CNT-PEI@rGA石墨烯基气凝胶，其具超低密度（9.6 mg•cm-3），CNT-PEI的引入有助于石墨烯纳米片层（rGO）的相互连接，发挥其交联、支撑、增韧作用，构建出孔壁互连的柔性3D网络骨架，从而有效避免石墨烯片层在外力作用下的滑移和网络结构的破坏，表现出极高的压缩强度（276.37kPa）、在90%应变下优异的可逆压缩性及超弹性，在100次循环压缩实验中，其压缩强度/杨氏模量/能量损失系数保留率分别达95.65%/95.79% /91.72%，表现出突出的结构稳定性及抗疲劳性。
同时，将缠结的CNT-PEI插层于rGO片层间，有效避免气凝胶片层的严重堆积，产生更大的表面积和更多的甲醛吸附位点，发挥其高效物理-化学协同吸附效应，其甲醛吸附容量高达568.41mg•g-1，约为rGA的3.28倍，其吸附能力优于沸石、活性炭、金属有机框架（MOF）、多孔有机聚合物等大多数吸附材料；进一步将CNT-PEI@rGA研磨成粉末，其高强韧性使其保持了丰富的孔结构及高比表面积，将0.9wt%气凝胶粉末填充于聚甲醛基体中，采用常规熔融加工工艺制备复合材料，其分散均匀，在60℃/230℃下复合材料甲醛释放量相对于普通聚甲醛分别降低69.63%/73.96%。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/smll.202300234
