CN109133962B - 一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本专利提供了一种纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，属于纳米纤维碳气凝胶领域。本发明方法包括：采用静电纺丝‑支撑体分散液接收的方式，得到纳米纤维与支撑体的复合分散液；经过冷冻干燥、预氧化和碳化处理，得到蓬松的碳气凝胶。本发明中支撑体分散液直接接收静电纺纳米纤维的方法，可使支撑体在纺丝过程中同时扩散进入纤维网络，免除了多数制备方法中将纤维膜机械分散再交联的步骤，也改善了添加剂分散不均匀的问题。本发明所制备得到的复合碳气凝胶内部为纳米纤维与支撑体组装形成的开孔结构，材料具有优异的机械性能与压缩回弹性。该碳气凝胶可应用于环境治理方面，在超级电容器电极材料领域也有良好的应用前景。

Description

一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法
技术领域
本发明公开一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，属于纳米纤维碳气凝胶领域。
背景技术
碳气凝胶是一种三维轻质多孔碳材料，具有比表面积高，超低密度和导电性良好等特点；可作为吸附剂、催化剂载体、电极材料，应用于水中污染物的吸附、催化以及电催化处理；还是新能源电池以及双电层超级电容器的理想电极材料，在储氢方面也有很好的应用前景，是近年来的研究热点之一。目前碳气凝胶的类型主要包括生物炭、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维基碳气凝胶。生物碳气凝胶受其原材料自身结构的限制，材料的微观结构不易调控；碳纳米管或石墨烯基碳气凝胶的制备要求原材料的堆积密度较高，材料成本相应增加，且机械性能一般。相比之下，碳纳米纤维制备简单且结构可灵活调控，强度高，是一种优异的碳气凝胶基本构建单元。
静电纺丝技术是一种可简单快速制备一维纳米纤维的方法。在静电场力的作用下，纺丝液带上电荷，同时产生与液体表面张力方向相反的电场力；当电场力大于表面张力时，带电纺丝液在喷丝口处形成喷射流；喷射流在空气中运动，经溶剂挥发、纤维固化，沉积于收集装置上。静电纺技术可根据需求选择相应的原料，包括不同聚合物、无机物以及聚合物/无机物复合物；此外，纺丝过程参数灵活可控，能获得各种不同结构的纤维如均匀纤维、串珠、多孔纤维等，因此该技术已广泛应用于二维纳米纤维膜的制备。
目前，已有部分研究利用静电纺丝技术构建三维结构。如文献1（Novel wetelectrospinning system for fabrication of spongiform nanofiber 3-dimensionalfabric，Yokoyama, Yoshiro et al.，Materials Letters，第63卷，第754-756页）采用液相接收方法制备得三维纳米纤维块体。该制备方法简单有效，但由于缺少三维结构的稳定化步骤，材料的机械性差，限制了其实际应用。专利1（丁彬、唐晓敏、斯阳、葛建龙、黄美玲、朱婕、俞建勇，一种三维碳纤维基气凝胶及其制备方法，CN103265010A）、文献2 （Ultralightnanofibre-assembled cellular aerogels with superelasticity andmultifunctionality， Bin Ding et al.，Nature Communication，第5卷，第5802页）将连续纤维分散后得到微纳米级长度的纤维悬浊液，经过后续固化定型重构三维结构、再将短纤维进行交联、热处理得到三维碳纤维基气凝胶。该方法能够提高气凝胶的机械性能，但制备过程较为复杂，短纤维在三维结构重构中需重新做交联处理。此外，还有研究表明将一维材料与二维材料复合能够提高气凝胶的机械性能，如专利2（刘天西、黄云鹏、缪月娥、张由芳、赖飞立、鲁恒毅，一种碳纳米纤维-石墨烯复合气凝胶以及协同组装制备方法，CN105161312A），文献3（Elastic Carbon Aerogels Reconstructed from ElectrospunNanofibers and Graphene as Three-Dimensional Networked Matrix for EfficientEnergy Storage/Conversion，Tianxi Liu et al.，第6卷，第31541页）采用传统平板或滚筒作为接收器制备平板膜，再将其进行匀浆处理，然后与氧化石墨烯进行组装，再进一步冷冻干燥和高温碳化，制备得碳纳米纤维/石墨烯复合气凝胶。该方法中同样需要对二维纤维膜中的长纤维进行匀浆分散处理，因此破坏了连续的纤维网络，降低了纳米纤维自身的机械强度，导致微米级长度纤维分散液成型为三维气凝胶的过程中需要添加大量的支撑体材料。专利3（钟鹭斌、郑煜铭、杨跃伞，基于静电纺丝技术的三维油水分离材料及其制备方法，CN 104674384B）采用液体接收制备纳米纤维，而后在纳米纤维分散液中加入增强机械性能的物质，再经过冷冻干燥以及热处理得到三维材料。以上制备方法得到的碳气凝胶中，纳米纤维为连续的网络，但由于纤维块体在纺丝过程中已形成紧密堆积的纤维网络，因此后续加入增强机械性能物质的操作，存在物质难以扩散进入纤维块体内部的问题，进一步导致添加剂在纤维网络中分布不均匀的现象，限制了其实际应用。因此，如何简单可控且有效地将静电纺一维纳米纤维材料与二维材料复合仍有待进一步研究。
发明内容
本发明针对上述碳气凝胶存在的结构不可控、机械性能一般、制备方法复杂、原料堆积密度高、支撑体分散不均匀等问题，提供了一种纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法。该方法简单可行，过程参数可控；材料微观结构、宏观结构均可调控；所需的原料堆积密度大幅度降低，且支撑体可均匀分布于材料的内部；制备得的材料微观结构上为一维纳米纤维与二维支撑体组装形成的开孔网络，具有优异的机械性能与压缩回弹性。
本发明提供的具有开孔结构的纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，具体步骤如下：
（1）配制静电纺丝聚合物溶液；
（2）采用支撑体分散液接收静电纺纳米纤维，制备纳米纤维/支撑体均匀分散液；
（3）将步骤（2）所制备的混合分散液置于特定形状的容器中冷冻定型，而后置于冷冻干燥机中干燥，得到蓬松的纳米纤维/支撑体复合块体；
（4）将步骤（3）所制备的块体进行预氧化和碳化，得到超轻弹性纳米纤维复合碳气凝胶。
步骤（1）中所述的静电纺丝聚合物液包含聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酸、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯等其中的一种或几种。
步骤（2）所述的静电纺丝技术的过程参数为：纺丝电压为正电压5 ~ 30 kV，负电压-30 ~ -5 kV；溶液的给料流速为0.1 ~ 5 mL/h；喷丝头与接收液面的距离为5 ~ 30 cm。所述的支撑体为微纳米尺度上具有二维片层结构的石墨烯、氧化石墨烯、黑鳞、氮化硼纳米片、二氧化锰纳米片、二硫化钼纳米片等其中的一种或几种；所述的分散支撑体的溶液为浸润纳米纤维时浸润功大于0的液体，即纳米纤维与接收溶液之间的接触角小于90 °。
步骤（3）中所述的冷冻干燥过程参数为：冷冻温度-50 ~ -20 °C，冷冻时间6 ~ 12h，冷冻干燥机时间12 ~ 72 h。
步骤（4）中所述的预氧化过程参数为：预氧化温度150 ~ 300 °C，预氧化时间30 ~180 min；所述的碳化过程参数为：惰性气氛为氮气或氩气，速率升温1 ~ 10 °C/min，碳化温度500 ~ 1000 °C，碳化时间1 ~ 5 h，速率降温1 ~ 3 °C /min。
本发明的原理与方法：
本发明采用静电纺/支撑体分散液接收的方法制备纳米纤维复合碳气凝胶。制备过程中，带电纺丝液在喷丝口形成喷射流，在空气中运动，经溶剂挥发、纤维固化，到达接收液液面；接收液体浸润纳米纤维时所需的浸润功为接收液体表面能与纳米纤维和接收液体之间接触角的乘积，当浸润功大于零，即纳米纤维与接收溶液之间的接触角小于90 °时，纳米纤维可被接收液体浸润。支撑体伴随着纳米纤维浸没入液体的过程逐步扩散进入纤维网络内部，与一维纳米纤维自组装成开孔结构。由于支撑体分散液同步扩散进入纤维网络，冷冻干燥后可得到内部结构均一的蓬松纳米纤维-支撑体复合块体。在后续热处理过程中，纳米纤维进一步转化为碳纳米纤维，最终可得到微观上具有开孔结构的复合碳气凝胶。三维块体的宏观形状主要取决于分散液冷冻时的定型形状。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
（1）本方法制备得的纳米纤维复合碳气凝胶内部结构均一。采用支撑体分散液直接接收静电纺纳米纤维的方法，克服了现有方法中片层材料难以均匀分散进入纤维块体内部的缺点；
（2）本方法制备得的纳米纤维复合碳气凝胶中由于具有连续的纤维网络且支撑体可在纤维网络内均匀分布，因此三维气凝胶结构构建所需支撑体的添加比例低，原材料的堆积密度大幅度降低，从而降低了材料成本；
（3）本方法制备得的纳米纤维复合碳气凝胶中连续的纳米纤维网络与二维片层材料协同组装形成开孔结构，因此材料具有优异的机械性能以及压缩回弹性；
（4）本方法所述的一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法操作简单，条件温和，碳气凝胶体积大小与形状可控，可根据实际应用需求进行调整；
（5）本方法所述的一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法中纳米纤维微观结构可控，通过原料的选择、匹配以及制备参数的调控，可以得到不同微观形貌的复合碳气凝胶；
（6）本方法所述的一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法适用范围广。二维支撑体可根据实际应用选择；分散液体可根据其对纳米纤维的浸润性即浸润功进行选择，浸润功越大，浸润效果越好；纳米纤维制备的原料来源也十分广泛。
附图说明：
图1是实施例1中PAN/GO复合碳气凝胶的SEM图
图2是实施例1中PAN/GO复合碳气凝胶的TEM图
图3是实施例1中PAN/GO复合碳气凝胶的单轴压缩应力应变图
图4是实施例3中PAN/PMMA/GO复合多孔碳气凝胶的SEM图
图5是实施例3中PAN/PMMA/GO复合多孔碳气凝胶的TEM图
图6是实施例6中多种形状的PAN/GO复合碳气凝胶的光学照片
图7是实施例8中PAN/GO复合碳气凝胶在含四环素废水处理中吸附量随时间变化的曲线
具体实施方式：
下面通过一些具体的实施方案叙述本发明的一种纳米纤维复合碳气凝胶及其制备方法，应理解，以下具体实施方案为说明性的，并不限制本发明的范围，本发明的实质与范围由权利要求书所限定。对于本领域的研究人员而言，在不背离发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中材料的选取及制备的控制参数进行的各种改变也属于本发明的保护范围。
实施例1
以聚丙烯腈（PAN）和氧化石墨烯（GO）为原料制备纳米纤维复合碳气凝胶材料：
（1）纺丝液的配制：称取2 g PAN高分子粉末，加入二甲基甲酰胺（DMF）中，置于60°C水浴中搅拌至溶解，得到质量分数为10%的PAN纺丝液；
（2）纳米纤维/支撑体分散液的制备：将步骤（1）中的纺丝液转入注射器中，并连接在自动进样器上，针头连接高压电源进行静电纺丝，接收液为0.2 mg/mL GO 水分散液。纺丝条件：纺丝电压为20 kV，-10 kV，纺丝液流速为1 mL/h，针头与接收液体表面的距离为15cm，纤维密度 2 mg/mL；
（3）纳米纤维/支撑体复合块体的制备：将步骤（2）制备得的PAN纳米纤维/GO复合分散液转移至100 mL烧杯中并置于-20 °C冰箱中6 h，再转移至冷冻干燥机中干燥48 h；
（4）将步骤（3）干燥后的块体置于鼓风干燥箱中进行预氧化，温度为300 °C，预氧化时间60 min。然后转移至管式炉中，在氮气保护下，以5 °C/min的速率升温至500 °C，保持1 h，再以3 °C /min的速率降温到室温，得到纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶。
实施例2
以PAN和二氧化锰纳米片（MnO2）为原料制备纳米纤维复合碳气凝胶材料：
（1）纺丝液的配制：称取2 g PAN高分子粉末，加入DMF中，置于60 °C水浴中搅拌至溶解，得到质量分数为10%的PAN纺丝液；
（2）纳米纤维/支撑体分散液的制备：将步骤（1）中的纺丝液转入注射器中，并连接在自动进样器上，针头连接高压电源进行静电纺丝，接收液为0.5 mg/mL MnO2 /50%叔丁醇/水分散液。纺丝条件：纺丝电压为15 kV，-5 kV，纺丝液流速为2 mL/h，针头与接收液体表面的距离为20 cm，纤维密度 2 mg/mL；
（3）纳米纤维/支撑体复合块体的制备：将步骤（2）制备得的PAN纳米纤维/MnO2分散液转移至100 mL烧杯中并置于-30 °C冰箱中8 h，再转移至冷冻干燥机中干燥72 h；
（4）将步骤（3）干燥后的块体置于鼓风干燥箱中进行预氧化，温度为300 °C，预氧化时间为120 min。然后转移至管式炉中，在氮气保护下，以5 °C /min的速率升温至800 °C，保持1 h，再以2 °C /min的速率降温到室温，得到纳米纤维二氧化锰复合碳气凝胶。
实施例3
以PAN、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和GO为原料制备纳米纤维复合碳气凝胶材料：
（1）纺丝液的配制：称取2 g PAN和1 g PMMA高分子粉末，加入DMF中，置于60 °C水浴中搅拌至溶解，得到质量分数为15%的混合纺丝液；
（2）纳米纤维/支撑体分散液的制备：将步骤（1）中的纺丝液转入注射器中，并连接在自动进样器上，针头连接高压电源进行静电纺丝，接收液为0.2 mg/mL GO/50%乙醇/水分散液。纺丝条件：纺丝电压为30 kV，-5 kV，纺丝液流速为0.5 mL/h，针头与接收液体表面的距离为20 cm，纤维密度 1 mg/mL；
（3）纳米纤维/支撑体复合块体的制备：将步骤（2）制备得的PAN/PMMA纳米纤维/GO分散液转移至100 mL烧杯中并置于-20 °C冰箱中6 h，再转移至冷冻干燥机中干燥48 h；
（4）将步骤（3）干燥后的块体置于鼓风干燥箱中进行预氧化，温度为280 °C，预氧化时间30 min。然后转移至管式炉中，在氩气保护下，以5 °C /min的速率升温至800 °C，保持2 h，再以3 °C /min的速率降温到室温，得到多孔纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶。
实施例4
以PAN、PMMA和石墨烯为原料制备纳米纤维复合碳气凝胶材料：
（1）纺丝液的配制：称取2 g PAN和0.5 g PMMA高分子粉末，加入DMF中，置于60 °C水浴中搅拌至溶解，得到质量分数为15%的混合纺丝液；
（2）纳米纤维/支撑体分散液的制备：将步骤（1）中的纺丝液转入注射器中，并连接在自动进样器上，针头连接高压电源进行静电纺丝，接收液为0.5 mg/mL石墨烯/叔丁醇分散液。纺丝条件：纺丝电压为15 kV，-15 kV，纺丝液流速为1 mL/h，针头与接收液体表面的距离为30 cm，纤维密度 2 mg/mL；
（3）纳米纤维/支撑体复合块体的制备：将步骤（2）制备得的PAN/PMMA纳米纤维/石墨烯分散液转移至100 mL烧杯中并置于-30 °C冰箱中4 h，再转移至冷冻干燥机中干燥48h；
（4）将步骤（3）干燥后的块体置于鼓风干燥箱中进行预氧化，温度为200 °C，预氧化时间60 min。然后转移至管式炉中，在氩气保护下，以10 °C /min的速率升温至800 °C，保持2 h，再以3 °C /min的速率降温到室温，得到多孔纳米纤维石墨烯复合碳气凝胶。
实施例5
以PAN、PMMA和氮化硼（NB）为原料制备纳米纤维复合碳气凝胶材料：
（1）纺丝液的配制：称取2 g PAN和0.5 g PMMA高分子粉末，加入DMF中，置于60 °C水浴中搅拌至溶解，得到质量分数为20%的混合纺丝液；
（2）纳米纤维/支撑体分散液的制备：将步骤（1）中的纺丝液转入注射器中，并连接在自动进样器上，针头连接高压电源进行静电纺丝，接收液为0.25 mg/mL NB/叔丁醇分散液。纺丝条件：纺丝电压为20 kV，-10 kV，纺丝液流速为0.5 mL/h，针头与接收液体表面的距离为10 cm，纤维密度 1 mg/mL；
（3）纳米纤维/支撑体复合块体的制备：将步骤（2）制备得的PAN/PMMA纳米纤维/NB分散液置于-50 ℃冰箱中6 h，再转移至冷冻干燥机中干燥48 h；
（4）将步骤（3）干燥后的块体置于鼓风干燥箱中进行预氧化，温度为280 °C，预氧化时间1 h。然后转移至管式炉中，在氮气保护下，以5 °C /min的速率升温至1000 °C，保持1 h，再以3 °C /min的速率降温到室温，得到多孔纳米纤维氮化硼复合碳气凝胶。
实施例6
以PAN和GO为原料制备多种形状的纳米纤维复合碳气凝胶材料：
（1）纺丝液的配制：称取2 g PAN高分子粉末，加入DMF中，置于60°C水浴中搅拌至溶解，得到质量分数为15%的PAN纺丝液；
（2）纳米纤维/支撑体分散液的制备：将步骤（1）中的纺丝液转入注射器中，并连接在自动进样器上，针头连接高压电源进行静电纺丝，接收液为1 mg/mL GO水分散液。纺丝条件：纺丝电压为5 kV，-30 kV，纺丝液流速为1.5 mL/h，针头与接收液体表面的距离为15cm，纤维密度 4 mg/mL；
（3）纳米纤维/支撑体复合块体的制备：将步骤（2）制备得的PAN纳米纤维/GO分散液转移至不同形状的容器中（长方体、水滴型、心形）并置于-20°C冰箱中12 h，再转移至冷冻干燥机中干燥12 h；
（4）将步骤（3）干燥后的块体置于鼓风干燥箱中进行预氧化，温度为280 °C，预氧化时间180 min。然后转移至管式炉中，在氮气保护下，以2 °C /min的速率升温至600 °C，保持1 h，再以3 °C /min的速率降温到室温，得到多种形状的纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶。
实施例7
以聚酰胺酸（PAA）和二硫化钼（MoS2）为原料制备纳米纤维复合碳气凝胶材料：
（1）纺丝液的配制：称取2 g PAA，加入DMF中，置于60 °C水浴中搅拌至溶解，得到质量分数为15%的PAA纺丝液；
（2）纳米纤维/支撑体分散液的制备：将步骤（1）中的纺丝液转入注射器中，并连接在自动进样器上，针头连接高压电源进行静电纺丝，接收液为1 mg/mL MoS2/50%乙醇/水分散液。纺丝条件：纺丝电压为5 kV，-30 kV，纺丝液流速为1.5 mL/h，针头与接收液体表面的距离为15 cm，纤维密度 5 mg/mL；
（3）纳米纤维-支撑体复合块体的制备：将步骤（2）制备得的PAA纳米纤维/MoS2分散液于-20 °C冰箱中5 h，再转移至冷冻干燥机中干燥48 h；
（4）将步骤（3）干燥后的块体置于鼓风干燥箱中进行预氧化，温度为280 °C，预氧化时间180 min，PAA热亚胺化生成聚酰亚胺（PI）。然后转移至管式炉中，在氮气保护下，以2°C /min的速率升温至600 °C，保持1 h，再以3 °C /min的速率降温到室温，得到纳米纤维氧化二硫化钼复合碳气凝胶。
实施例8
将实施例1制备得的纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶应用于含四环素废水的吸附处理：
取纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶0.01 g，以50 mg/L 四环素溶液为模型降解污染物，在pH =6，30 °C避光条件下150 r.p.m振荡，进行静态吸附。如图7所示，该条件下，材料对四环素的吸附量达到53 mg/g。
实施例9
以实施例1制备得的纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶为载体负载铁锰氧化物，制备电极材料：
（1）将0.01 g纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶浸泡于0.1 mol/L的高锰酸盐溶液中12 h；
（2）将浸泡后的块体投入沸腾的0.5 mol/L硫酸亚铁溶液中，缓慢加入5 mol/L氢氧化钠溶液；
（3）反应结束后，材料用清水冲洗，冷冻干燥，陈化，得到铁锰氧化物负载的纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶。
实施例10
以实施例1制备得的纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶为载体负载金纳米颗粒，制备催化材料：
（1）将0.01 g纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶浸泡于水中；
（2）在溶液中加入0.01 g氯金酸，同时加入适量硼氢化钠，均匀搅拌；
（3）反应结束后，材料用清水冲洗，冷冻干燥，得到金纳米颗粒负载的纳米纤维氧化石墨烯复合碳气凝胶。

Claims (9)

1.一种静电纺纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配制静电纺丝聚合物溶液；
(2)静电纺过程中，采用具有二维片层结构支撑体的分散液作为接收液体，直接接收纳米纤维，制备得纳米纤维/支撑体均匀混合分散液；所述的接收液体为浸润纳米纤维时浸润功大于0的液体，即纳米纤维与接收溶液之间的接触角小于90°；
(3)将步骤(2)所制备得的混合分散液在特定形状的容器内冷冻定型，而后置于冷冻干燥机中干燥，得到蓬松的纳米纤维-支撑体复合块体；
(4)将步骤(3)所制备得的块体进行预氧化和碳化，得到纳米纤维复合碳气凝胶。
2.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的支撑体为微纳米尺度上具有二维片层结构的石墨烯、氧化石墨烯、黑鳞、氮化硼纳米片、二氧化锰纳米片、二硫化钼纳米片中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中静电纺丝与支撑体复合同步进行，可使具有二维片层结构的支撑体在纺丝过程中同时扩散进入纤维网络，并与纳米纤维协同组装，实现纳米纤维与支撑体的均匀复合。
4.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中的静电纺丝聚合物溶液包含聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺酸、聚碳酸酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于通过调整静电纺丝液中不同聚合物溶质的比例以及后续制备参数，所制备的纳米纤维可为实心、中空、或多空结构。
6.如权利要求1所述的纳米纤维复合碳气凝胶的制备方法，其特征在于所述步骤(3)和(4)中的具体步骤为将纳米纤维/支撑体均匀分散液转移至特定形状的容器中，并置于冰箱中冷冻6～12h，然后转移至冷冻干燥机中干燥12～72h，得到蓬松的纳米纤维-支撑体复合块体；将所述的复合纳米纤维-支撑体块体置于150～300℃的烘箱中，预氧化30～180min；之后，在炭化炉中，惰性气氛保护下以1～10℃/min的速率升温至500～1000℃，保持1～5h，再以1～3℃/min的速率降温至室温，得到纳米纤维复合碳气凝胶。
7.如权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得的超轻弹性纳米纤维复合碳气凝胶，其特征在于，该碳气凝胶内部结构为纳米纤维与二维支撑体协同组装形成的开孔网络，可承受20～80％应变，具有良好的压缩回弹性；该碳气凝胶制备过程中二维支撑体的添加比例低于纤维质量的1/2。
8.如权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得的超轻弹性纳米纤维复合碳气凝胶，其特征在于可作为吸附材料、催化剂载体以及电极材料应用于水中污染物的吸附、催化以及电催化的去除处理；也可作为新能源电池以及双电层超级电容器的电极材料。
9.如权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得的超轻弹性纳米纤维复合碳气凝胶，其特征在于作为吸附材料时可填充入过滤柱，采用动态吸附模式去除水中污染物。
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