随着科技和经济的飞速发展,人类面临的环境污染问题也日益严重。水污染,尤其是含有机物的工业染料废水排放和石油泄漏引起的污染,其治理逐渐成为研究的热点。气凝胶作为一类质轻、孔隙度高、比表面积高的材料,在环境保护领域有广泛的应用潜力及前景。基于此,本研究课题拟采用定向冷冻技术,制备具有取向性结构的多孔气凝胶,并对其进行功能性改性,得到可以应用于光催化降解染料及油水分离领域的功能性气凝胶。本研究课题具体从以下两个部分开展:(1)采用定向冷冻技术,以壳聚糖和二氧化钛为主要材料,同时引入累托石和碳纳米管,制备得到了具有良好取向性的复合气凝胶材料。实验初期探究了制备过程中各参数(如装置、复合悬浮液总浓度)对气凝胶形态的影响,最终选择酒精作为稳定的传冷介质,并确定复合悬浮液的总浓度为6%。该复合气凝胶中具有大量均一的取向性片层结构,且片层间存在相互连结的“鱼骨结构”,该结构使气凝胶具有较大的比表面积,最高可达84.59cm3/g。同时,累托石和碳纳米管被的成功引入增强了复合气凝胶的机械性能,使其具有良好的硬度,弹性和回复性。同时,探讨了复合气凝胶对染料罗丹明B的光催化降解效率,研究表明,累托石和碳纳米管的引入有利于光催化反应的进行,当复合气凝胶中累托石含量为4%时,其光催化降解速率最快,100分钟内脱色率可达95%,且重复三次使用后,80分钟内脱色率仍能达到75%以上。(2)使用同轴电纺和混合电纺技术制备了具有核壳结构的纳米纤维,并采用酒精浸泡溶解法,除去了核层材料,得到了具有中空结构的聚丙烯腈·苯并噁嗪单体纳米纤维。随后,使用均质法获得均一稳定纳米纤维悬浮液,并联用定向冷冻技术,使纤维在气凝胶中有序排列。随后采用240℃煅烧的方法,引发聚丙烯腈的预氧化和苯并噁嗪单体的聚合反应,得到超疏水的中空纳米纤维气凝胶。所得气凝胶中纳米纤维在一定程度上有序排列,同时纤维间出现连结,使气凝胶在具有高孔隙度、低密度结构的同时具有一定的机械强度。制备所得的超疏水中空聚丙烯腈气凝胶表观密度仅为12.16± 1.43mg/cm3,吸油效率可达75.34±2.49 g/g,可有效吸附浮油。