高孔隙率碳纳米管绵宏观体的可控组装及其溢油吸附性能研究

碳纳米管宏观体的制备，使人们可以从宏观角度对碳纳米管的性能进行研究，为碳纳米管在宏观材料领域的应用奠定了基础。本项目可控地组装出一种新型碳纳米管宏观体：高孔隙率碳纳米管绵。并以此为基础探索碳纳米管绵在溢油吸附中的应用。碳纳米管绵集成了纳米材料、多孔材料和块体材料的特性于一体，具有轻质、多孔、亲油、疏水、结构稳定等性能特点。本项目对碳纳米管绵的可控组装技术进行深入研究，利用化学气相沉积法直接合成碳纳米管绵，同时利用"焊接"法将粉末状碳纳米管组装成结构稳定的碳纳米管绵，并实现对碳纳米管绵孔隙率等性能的可控。对碳纳米管绵在溢油吸附中的基础问题和关键技术进行系统深入研究。探索吸附后的回收技术、脱附技术和循环使用性能。本项目是碳纳米管宏观体在环保领域的应用基础研究工作，完全基于纳米材料和多孔材料，具有创新性。本课题的成功开展将推动碳纳米管面向重大需求的实际应用和产业化进程。

碳纳米管具有优异的性能及广泛的应用前景，碳纳米管宏观体的研究极大地促进了碳纳米管的大规模应用。为此，将碳纳米管宏观体组装成多孔结构，使其具有碳纳米管优异性能的同时，还具有多孔的特性，具有重要意义。本项目利用多种方法可控合成/组装出碳纳米管海绵体，包括化学气相沉积法直接合成、溶胶凝胶法可控组装和粉末“焊接”。并对利用化学气相沉积法直接合成和溶胶凝胶法可控组装的工艺参数进行了优化。碳纳米管海绵体具有各向同性、轻质多孔、亲油疏水、结构稳定等性能特点；在微观上是由大量互相搭接的多壁碳纳米管组成；宏观上具有轻质、高孔隙率、导电、疏水和结构稳定等传统多孔材料难以具备的性能特点。碳纳米管海绵体的生长过程具有开口生长和气相中初步生长的特点，并按照堆砌方式自组装。碳纳米管海绵体具有优异的力学性能和结构稳定性，对水面油污具有较好的吸附性能。对密度为0.6~1.5 g/cm3的有机溶剂的饱和吸附量达到80~180 g/g。随着被吸附有机溶剂密度的增加，碳纳米管绵的饱和吸附量增加。随着碳纳米管绵密度的降低，饱和吸附量也能增加。吸附后可通过直接燃烧或机械挤压等简单方法进行脱附和再生利用。本课题是碳纳米管宏观体的基础研究工作，课题的成功开展将推动三维碳纳米管宏观体的实际应用和产业化进程。