气凝胶由于其具有许多优异的性能而得到了诸多科研工作者的关注。从1937年第一块气凝胶的成功制备一直发展到今天,气凝胶材料无论是种类还是制备方法都已经得到了空前的发展,有机、无机及复合气凝胶层出不穷,各类气凝胶的制备方法也已经十分成熟。随着人们环保意识的增强,绿色化学也越来越受到人们的重视,生物质气凝胶例如壳聚糖、纤维素等成为气凝胶研究的一种热点。同时,有许多研究者将气凝胶材料的研究重点放在了其功能化及应用领域上,使其继续发挥独特的功能性,不断探索气凝胶的功能化使其应用在更多的领域也是气凝胶未来发展的一项重要的工作。本课题主要针对有机天然生物大分子壳聚糖气凝胶和无机Si02气凝胶优异性能的开发和功能化应用展开研究。主要研究围绕氧化石墨烯对壳聚糖气凝胶结构和综合性能的提升以及无机Si02气凝胶作为破胶剂载体在石油开采领域的应用,拓展了气凝胶在更多领域的应用。首先以壳聚糖为原料,以氧化石墨烯作为添加剂,通过乙酸溶液一步溶解及冷冻干燥的方式制备得到了壳聚糖气凝胶和氧化石墨烯/壳聚糖复合气凝胶。通过SEM,FTIR,XRD和XPS分析了不同壳聚糖浓度、氧化石墨烯含量对壳聚糖气凝胶微观结构、力学性能和热稳定性的影响。探究了壳聚糖气凝胶结晶度随着氧化石墨烯含量增加的机理。结果表明:随着壳聚糖浓度从1.2 wt.%增大到4.8 wt.%,壳聚糖气凝胶的交联程度和力学性能都得到了很大的提高,壳聚糖气凝胶的孔隙率由83.7%增大到了87.6%,最大断裂载荷从0.94 MPa增大到了 6.06 MPa。以浓度为3.6 wt.%的壳聚糖为配比,考察不同氧化石墨烯添加量对壳聚糖复合气凝胶微观结构、综合性能的影响。结果表明氧化石墨烯添加量为15 wt.%时,氧化石墨烯/壳聚糖复合气凝胶孔隙率达到90.1%,最大断裂载荷达到了 10.56 MPa。同时发现壳聚糖气凝胶的结晶度随着氧化石墨烯含量增加而提高,当氧化石墨烯添加量为15 wt.%,壳聚糖气凝胶的结晶度从纯壳聚糖的23.7%增大到了 81.1%。氧化石墨烯上的羧基会与壳聚糖中的氨基发生酰胺化反应,使得壳聚糖的分子链更为规整,表明氧化石墨烯不仅通过物理增强的方式改善了壳聚糖气凝胶的力学性能,同时也通过化学交联的方式提高了壳聚糖气凝胶的热稳定性能。本工作有望通过添加氧化石墨烯改变壳聚糖本身的结晶度,为提高有机壳聚糖气凝胶的耐热性和力学性能提供一种新的方法。为了解决石油开采过程中传统破胶剂在温度较高的中深储层提前释放的问题,本研究首次以无机SiO2气凝胶作为隔热保护壳层材料,过硫酸铵作为芯材,通过溶胶-凝胶法和反相乳液聚合法制备了具有延时释放性能的SiO2气凝胶负载过硫酸铵破胶剂,采用SEM、FTIR、EDS、pH计法等对破胶剂微球微观结构、负载释放量、释放速率等进行表征。结果表明:二氧化硅气凝胶中过硫酸铵的负载量约为53 wt.%。SiO2气凝胶作为保护材料的破胶剂具有明显的延时释放作用,30℃下释放缓慢且延迟时间长,随着温度的升高,释放量增加且释放时间加快,但在70℃的温度下延缓释放效果仍然十分明显,可达到130 min左右,释放率达到65%,满足了中深储层的使用条件。拓宽了 SiO2气凝胶负载过硫酸铵微球在中深储层中的应用范围。