全球经济延续增长态势,能源短缺和环境污染成为全球关注的热点问题。低碳经济形势下可再生资源的开发和利用迫在眉睫。天然纤维材料以其可再生可降解、无毒性和多孔性等优点成为关注的热点。新型纳米功能化纤维复合材料能赋予天然纤维基本性能之外的特殊性能,如抗紫外、发光、疏水亲油、抗菌和智能可穿戴传感等,不仅提高了纤维材料的附加值,极大地拓展了其应用领域,也符合日益增强的绿色化学和谐发展理念,成为了当前的研究热点之一。棉和木棉纤维都是常用的植物纤维,具有含多功能基团所致的高反应活性、疏松多孔结构等特性,将棉/木棉与其它功能性纳米材料复合,是赋予天然纤维全新优良性能的有效方法。石墨相氮化碳(g-C3N4)作为一种廉价、高安全性、无毒的新型无机纳米材料,在光催化分解水制氢、二氧化碳还原和污染物降解等领域具有的广阔应用前景。石墨烯作为碳家族中的一员,在能源存储与转化、环境保护、生物医学等许多领域受到了广泛关注。然而如何实现石墨烯基三维气凝胶的廉价宏量制备,仍然是目前研究的热点之一,是促其走向实际应用的最有效途径。本论文以功能为导向,设计并制备了负载g-C3N4的棉布并用于污染物降解和去除研究,经过g-C3N4功能化后,棉布被赋予了出色的光催化自清洁能力,有效提高了纺织品的附加值,具有一定的应用价值,也为功能化纺织纤维的生产提供了可能性。针对碳基气凝胶宏量制备成本较高的现状,发展基于可再生纤维素的高性能碳气凝胶的制备仍是一个挑战。因此,我们以廉价的中空的木棉纤维为基础,利用石墨烯与纤维素大分子之间的氢键相互作用制备了木棉/石墨烯复合的碳纳米气凝胶的制备,并用于油液吸附领域,应用前景较好。具体内容包括:(一)负载g-C3N4的棉纤维的制备及其光催化和自清洁应用以三聚氰胺为前驱体,在550℃下热聚合合成g-C3N4,然后将g-C3N4超声分散制备成溶胶。将聚二烯丙基二甲基氯化铵修饰过的带正电的棉布浸泡在2 mg/mL的g-C3N4溶胶中,通过静电吸附得到负载g-C3N4的棉纤维。研究表明,棉纤维上组装的g-C3N4具有纳米级片层结构,同时也存在片层堆积的多层结构,包覆效率较高。紫外可见漫反射光谱表明g-C3N4-Cot的吸收带边缘在450nm左右,说明其具有可见光响应。在模拟太阳光源(氙灯)照射80分钟后,对罗丹明B(Rhodamine B,RhB)降解效率达到90.2%。通过循环降解RhB溶液的实验测试g-C3N4-Cot的稳定性以及重复利用率。循环测试则证明了其优异的稳定性及可再生性。我们还用红酒和咖啡污渍验证了该功能纤维的光催化自清洁功能,实验表明,在氙灯下光照10 h能够完全降解红酒污渍,光照7h能够完全降解咖啡污渍。(二)木棉-石墨烯气凝胶的制备及其在油污吸附方面的应用以廉价环保的木棉纤维为原料,在适当的交联剂协助作用下,氧化石墨烯与木棉纤维混合,然后水热还原并组装形成水凝胶,通过简单的冷冻干燥和高温热解,获得了低密度(8.5 mg cm-3)、疏水亲油、耐火的碳纳米纤维气凝胶。该气凝胶具有完善的3D网络结构和贯穿的孔道,展现了良好的油/水选择性、较高的油吸附能力。此外,所制备的气凝胶具有较好的循环利用性。实验结果表明,该碳气凝胶拥有超过其自身质量的110倍的超强吸收能力,这与大多数报道的吸收材料吸油性能相媲美。高度可重复的疏水性和高孔隙率赋予其对各种油和有机溶剂优异的吸收性能。吸收-燃烧循环实验结果还表明该气凝胶具有优异的可重复使用性能。此外,气凝胶还显示出优异的应变敏感电导率。简单易王业化的制备方法和独特的性能优势使得该气凝胶在吸油,压敏传感器和电子设备等领域将有着广泛的应用前景。