第八届青年地学论坛

石化基泡沫由于质轻、耐老化和耐腐蚀，在包装、隔热和减震等领域具有广阔的应用前景，但其不易生物降解的特性给生态环境带来了巨大危害。纤维素具有可再生、无毒、可降解等优势，是制备可降解泡沫的理想材料。然而，目前纤维素基泡沫通常是使用冷冻干燥和超临界二氧化碳干燥法进行制备，不仅设备昂贵，而且能耗较高，不符合“双碳”大背景下材料行业的发展趋势。因此，开发兼具制备工艺简单、成本能耗低、可降解的纤维素基泡沫仍然面临挑战。本研究利用膨润土表面丰富的不饱和Al配位点会与纤维素间形成Al−O−C配位键这一特点，解决了纯纤维素水凝胶在室温干燥过程中易于出现由毛细管力驱动导致的结构塌陷问题，从而实现了纤维素基泡沫材料的室温制备（Lu Chen et al., ACS Nano, 2022, 16, 10, 16414-16425）。室温干燥过程水分子在纤维素-膨润土表面的电子转移量和扩散能垒的计算结果表明，在纤维素与膨润土之间的配位作用下，水分子在纤维素-膨润土体系中的快速扩散和移除是实现纤维素-膨润土泡沫室温制备的主要原因。纤维素-膨润土泡沫中构建的Al−O−C强配位键促使其展现出较高的机械强度和优异的热稳定性，优于商用聚苯乙烯塑料泡沫。此外，生命周期评估（LCA）结果表明纤维素-膨润土泡沫具有较低的环境影响，易于回收或在自然环境中生物降解。利用资源丰富、可再生的生物质资源，制备全天然可降解的纤维素矿物泡沫对于实现包装、隔热行业“碳中和”目标具有重要的现实意义。

纤维素泡沫,室温干燥,矿物,生物降解,生物质