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聚合物氣凝膠具有廣闊的應用前景，已引起學術界和工業界的廣泛關注。但氣凝膠密度低，廢棄后難以回收利用。中石化北京化工研究院喬金樑教授指導博士研究生姚遠，采用苯乙烯-馬來酸酐交替共聚物（SMA）成功制備了在溫和條件下可反復循環使用的聚合物氣凝膠，并將其應用于可反復再生相變復合材料的制備。該工作以“Preparation and application of recyclable polymer aerogels from styrene-maleic anhydride alternating copolymers”為題發表在Chemical Engineering Journal上。該聚合物氣凝膠可反復循環使用的原理如圖1所示。

圖1.SMI氣凝膠循環使用過程的化學反應方程式和樣品照片

  氨水可將SMA轉化為含有馬來酸銨基團的水溶性交替共聚物 (SMAN)，其水溶液冷凍干燥后可得到水溶性氣凝膠，經180℃熱處理后可將這種水溶性氣凝膠轉化為含有馬來酰亞胺和馬來酸酐結構（SMI）的聚合物疏水氣凝膠。SMI氣凝膠可在95℃無需攪拌的條件下20分鐘內再次溶于氨水，轉化為SMAN水溶液，實現疏水性氣凝膠向水溶性聚合物的轉化。通過這種方式，SMI氣凝膠可在溫和條件下實現再生，回收率接近100%。并且，在回收過程中，聚合物的酰亞胺化程度逐漸提高。與原始氣凝膠相比，再生氣凝膠的性能不降反升。這種升級回收策略不僅可以應用于氣凝膠，還可以應用于粘合劑、薄膜和纖維等的制品。從圖2可以看出，回收的SMI氣凝膠性能不降反升。 

  SMI氣凝膠還具有聚集誘導發光（AIE）特性、優異的耐熱性能（玻璃化轉變溫度高達247℃）、超親油-疏水性能（水的靜態接觸角為138°，氣凝膠可在1ms內將油滴吸收。），使這種氣凝膠不僅可用于油水分離，還可用于可回收相變復合材料的制備。  通過將相變材料 (PCM) 吸入到 SMI 氣凝膠中，制備了兩種可循環使用的相變復合材料。其中，具有溫度監測功能的相變蓄冷復合材料由SMI氣凝膠和十二烷(dodecane)制備，可用于食品和藥品等的冷藏和冷鏈運輸，其性能如圖3所示；具有光熱轉化功能的儲熱相變復合材料，由SMI氣凝膠、石蠟（paraffin）和還原氧化石墨烯（rGO）制備，可將太陽能轉化為熱能并儲存在相變材料中，潛熱達到純石蠟的95%以上，其性能如圖4所示。由于SMI氣凝膠具有優異的可回收性能，兩種相變復合材料在廢棄后都可反復循環再生。 

圖3.(a) 相變材料內部的溫度與時間關系曲線；(b) 不同溫度下SMI在400 nm激發光照射下的發射光譜；(c)在不同溫度下SMI 在400 nm 激發光照射下的發射光峰值強度曲線 

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140363