随着新型环境材料领域研究的不断深入和发展,纳米核壳材料因其独特的结构及其在诸多性能上的独特优越性,受到广大环境相关领域研究者的关注。详细归纳和总结了纳米核壳材料优良的光学性能、催化性能、电化学性能、吸附性能及其作用机理,并阐述了相关性能在解决日益加剧的环境污染问题及能源危机问题等相关领域的研究和应用,同时对纳米核壳材料未来的研究重点进行了展望。进一步加强对纳米核壳材料作用机理的研究,优化材料的制备方法,以及利用合理的办法尽快使其投入到工业化运行,可使核壳材料获得更好的研究价值和利用价值。

以纳米纤维素为基体材料、共轭导电高分子为功能材料,制备的共轭导电高分子/纳米纤维素复合材料兼具共轭导电高分子良好的导电性能以及纳米纤维素易改性、易成膜、可降解等优良特性,由此而拓宽了二者的开发与应用范围,并促进了导电高分子复合材料的发展。综述了几种典型的共轭导电高分子/纳米纤维素复合材料的研究进展,介绍了聚苯胺/纳米纤维素复合材料、聚吡咯/纳米纤维素复合材料和聚噻吩/纳米纤维素复合材料的制备及应用。

层层自组装技术是一种新型的功能高分子材料制备方法,尤其是在薄膜材料制备方面有着广泛的应用,该技术能在分子水平控制成膜材料的层数、厚度及其结构。介绍了层层自组装技术在医药领域、医用材料领域、食品领域、纺织行业、传感器、阻燃材料领域、超疏水材料和微胶囊制备中的应用情况。随着科技的进步,层层自组装技术的应用领域将不断拓宽。

凹凸棒石(ATP)黏土因性能优异被广泛应用于复合材料的制备,系统总结了ATP基吸附剂、催化剂及储能材料的制备方法,综述了ATP黏土在吸附剂、催化剂及储能材料领域的研究进展。今后ATP基复合材料形貌结构控制及其在环保领域的应用仍然是研究的重点。

有序介孔碳材料因具有较高的比表面积、均匀的孔径分布、有序的孔道结构排列等特性,成为催化、吸附、分离和电化学等领域的研究及应用热点。这里主要介绍了有序介孔碳的两种主要制备方法硬模板法和软模板法,以及其在催化、吸附及电化学等领域中的应用。

吸波材料的吸波性能是影响雷达隐身的关键因素,对军用和民用都有重要意义。纤维以其独特的结构与电磁性能,备受吸波材料研究者的关注。综述了碳纤维吸波材料、碳化硅纤维吸波材料以及多晶铁纤维吸波材料的研究现状和吸波机理,并对新型纤维吸波材料如碳纳米管、竹炭纤维在吸波领域的应用进行阐述,展望了纤维吸波材料未来的发展趋势。

TiO₂纳米管作为一种几何结构规整、稳定性高、无毒的半导体光催化剂,受到科研人员的广泛关注。由于TiO₂纳米管禁带宽度较宽,因此对可见光的吸收利用受到限制,光生电子-空穴对的再复合使得TiO₂纳米管光生电子利用率较低。元素负载改性法可显著提高TiO₂纳米管光生电子利用率并拓宽其光吸收范围,而元素负载方法是成功实现元素负载并调控TiO₂纳米管反应活性的重要手段之一。综述了浸渍法、电化学沉积法、光化学沉积法、化学气相沉积法、离子溅射法和化学浴沉积法等用于负载改性TiO₂纳米管的方法,并展望了其未来发展方向。

钒氧化物纳米片(球)阵列具有独特的三维结构,这种结构结合了基底和氧化钒纳米片的优点,提高了电极材料的稳定性。钒氧化物纳米阵列克服了氧化钒比容量较低、循环性和倍率性能不佳等缺陷,增强了基底材料的电子运输能力、电解质的可及性以及电容性能,在锂离子、钠离子电池中有着广泛的应用。介绍了钒氧化物纳米阵列的主要制备方法及其在锂离子、钠离子电池中的应用情况。

综述了ZnO基纳米光催化剂在染料污水处理中的国内外研究进展,阐述了金属掺杂ZnO纳米光催化剂(贵金属、过渡金属及稀土等)与其他氧化物的复合(如TiO₂、CeO₂、MgO等),以及与石墨烯复合材料的性能及其机理,最后对ZnO基纳米材料的研究进行了展望。

纤维素纳米晶来源广泛,制备方法简单,是环境友好型的生物高分子材料,同时具有高结晶度、高弹性模量和高强度等优异性能,是一种新型的增强材料。综述纤维素纳米晶的性质、制备方法以及在各领域中的应用,并对今后纤维素纳米晶作为增强材料与生物质材料复合,制备安全无污染材料做出了展望。

硫化铟(In₂S₃)是一种重要的半导体材料,具有良好的导电性能、光学性能、声学性能及电子性能等,在纳米材料、微电子和太阳能领域有广阔的发展前景。In₂S₃纳米材料的制备方法主要有水热合成法、溶剂热合成法、喷雾热解法和超声法等,未来应注重开发低成本、高性能、环保绿色的合成方法。

使用固体电解质的固态锂电池在安全性和循环性等方面具有明显优势,已成为锂电池的重要研究方向。固体电解质类型众多,其中石榴石型固体电解质锆酸镧锂(Li₇La₃Zr₂O₁₂)具有与金属锂接触稳定、电化学性能稳定等特点,在固态锂电池领域具有潜在的研究价值。综述了固体电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂的掺杂改性,如Li位、La位、Zr位以及双位的掺杂改性,介绍了Li₇La₃Zr₂O₁₂在锂硫电池中的应用,指出了该材料面临的挑战并对其发展前景进行了展望。

相变蓄热材料是一种能够储存热能的新型化学材料,通过在特定温度下吸收或放出热量发生物相变化,实现热量的储存与释放。根据化学成分不同将相变蓄热材料分为无机、有机和复合类相变材料,由于存储密度高、热容大和热稳定性较好等优点,相变蓄热材料已在一定范围内应用于建筑节能领域。介绍了相变材料的种类、特性以及蓄能机理,分类归纳了相变蓄热材料在建筑物围护结构和建筑物中制冷供暖系统中的应用,包括蓄能墙体、蓄能地板、蓄能屋顶、相变蓄热集热器、相变热泵供暖系统、相变制冷系统、相变冷却吊顶等。并结合目前研究现状分析了相变蓄热材料在研制和应用过程中存在的一些问题,最后,展望了相变蓄热材料在建筑领域的发展方向和应用前景。

相变材料作为能源贮存媒介,能有效地提升太阳能、工业废热等不可再生能源的利用率,成为现今国内外能源领域研究的热点,而相变材料的定型封装技术直接影响到其储能性能及使用耐久性。从基本原理、制备工艺等方面介绍了目前应用范围最广的固-液相变材料的3种主流封装定型技术:多孔载体复合法、微胶囊法和复合纺丝法,以期为相变材料的封装定型提供建议。

以羟基封端多乙烯基硅油,四苯基环戊二烯酮,α-氯萘为原料,通过Diels-Alder反应制得了一种具有稠环结构的四苯基苯基多乙烯基硅油。并对四苯基苯基多乙烯基硅油进行了表征;并分别以四苯基苯基多乙烯基硅油、含氢硅油,乙烯基硅油为原料,通过硅氢加成反应室温硫化制备了四苯基苯基甲基乙烯基硅橡胶,并对四苯基苯基甲基乙烯基硅橡胶的热性能、拉伸强度、剪切强度的性能进行了测试。结果表明:在四苯基苯基多乙烯基硅油添加量为4%(wt,质量分数)条件下,四苯基苯基甲基乙烯基硅橡胶初始分解温度为449.06℃,拉伸强度为1.42MPa,剪切强度为0.84MPa,热稳定性能和力学性能得到提高。

通过直接共混法制备了白炭黑/氢化丁腈橡胶/丁腈橡胶(WCB/HNBR/NBR)耐热密封复合材料,研究了不同HNBR/NBR共混比、不同硫化体系对复合材料力学性能、压缩永久变形、耐油性能、耐热性能的影响。结果表明,当WCB/HNBR/NBR为30/25/75,在过氧化物/硫磺的共硫化体系下,复合材料综合性能最好,硬度、拉伸强度、压缩永久变形、150℃热空气老化后拉伸强度、浸油后体积变化率分别为58(邵A)、20.97MPa、12%、6.92MPa、11%;随着HNBR用量的增加,复合材料的耐热性能提高,而耐油性和压缩永久变形变化不大;在过氧化物/硫磺的共硫化体系下,复合材料的耐热性、耐油性、压缩永久变形、力学性能都较优异。

以107硅橡胶和甲基乙烯基硅树脂为原料制备了有机硅压敏胶,傅里叶变换红外光谱分析表明反应生成物具有典型的甲基聚硅氧烷结构;采用有机溶剂化学镀法制备出铝镀银微珠,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱分析仪对铝镀银微珠及铝镀银微珠/有机硅导电压敏胶的形貌、微观结构及元素含量进行分析和测试,结果表明铝镀银微珠表面被致密银层包覆且银质量分数大于95%,铝镀银微珠/有机硅导电压敏胶与导电橡胶板具有有效电连接。电性能与力学性能测试结果表明,当铝镀银微珠体积分数为5%时,铝镀银微珠/有机硅导电压敏胶综合性能最优。

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体,改性的石墨烯为导电填料,采用熔融法制备正温度系数(PTC)的改性石墨烯/高密度聚乙烯复合材料。通过扫描电子显微镜、热重测试仪以及拉伸测试仪等,观察改性石墨烯/高密度聚乙烯复合材的微观形貌,研究改性石墨烯含量对复合材料热稳定性的影响以及拉伸性能的影响。结果表明:石墨烯在HDPE基体中分散性较好,在室温电阻率同为18.5Ω·㎝条件下,改性前复合材料耐电压冲击为250V,改性后复合材料耐电压冲击为400V,改性后的石墨烯加入HDPE,能够明显地提高复合材料增强耐电压性能,在石墨烯用量同为8.0%(体积百分数)条件下,改性前石墨烯的复合材料拉伸强度为25.6MPa,改性后石墨烯的复合材料拉伸强度为27.7MPa,改性后的石墨烯加入HDPE,能够明显提高复合材料的拉伸强度。

采用Fe₃O₄负载对石墨烯进行改性,并制备了石墨烯/丁腈橡胶复合材料。结果表明:石墨烯成功负载在Fe₃O₄表面,其堆叠结构得到一定程度修饰;改性石墨烯与丁腈橡胶基体相容性好,并具有高效的增强效应;复合胶料的储能模量增加,玻璃化转变温度(Tg)向高温移动,其磁效应与超顺磁材料相似。

采用十八醇(OA)、硬脂酸(SA)、纳米氧化锌(纳米ZnO)、微米铜(Cu)、膨胀石墨(EG)按63.85∶36.15∶1.00∶1.00∶8.00质量配合比混合制得OA/SA/纳米ZnO/Cu/EG复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TGA)及导热系数仪,表征其形貌、化学结构、热学性能和导热性能。结果表明,OA/SA/纳米ZnO/Cu/EG复合材料相变温度为55.38℃,相变潜热为195.4J/g,失重范围为213.27～359.05℃,失重率为91.8%,具有较好的热性能,经300次冷热循环后性能稳定。OA/SA/纳米ZnO/Cu/EG相变材料具有合适的相变温度,较高的潜热以及较低的成本,在储能系统尤其是保温容器中具有较大的应用潜力。

采用双酚A型E-51环氧树脂与三乙烯四胺固化剂进行固化反应,研究了大体积环氧树脂固化反应的温升变化规律及性能。结果表明:固化反应温度越高,环氧树脂胶液的固化时间越短且胶液黏度会随着固化反应温度的升高而降低;固化反应温度为49.2℃时,环氧树脂胶液黏度最低,为194mPa·s,流动性最好。大体积环氧树脂最佳实验配方为环氧树脂120kg、邻苯二甲酸二丁酯14.4kg、丙酮9.6kg、三乙烯四胺4.98kg、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30) 0.24kg。

以氯化亚锡、碳酸氢胺和氧化石墨烯(GO)为原料,通过固相研磨辅助超声反应合成技术制备了两种氧化亚锡/石墨烯复合材料,并研究了复合材料的物相组成、显微形貌和可见光催化性。结果表明,氯化亚锡和碳酸氢胺反应后生成了单相SnO纳米片。原料中掺杂石墨烯后,促进了SnO₂的合成。通过石墨烯添加的不同阶段,获得了两种复合材料,一种为GO表面分散着颗粒均匀的纳米SnO和SnO₂纳米颗粒,具有优良的可见光催化性能,可在50min内降解99%的甲基橙溶液;另一种为部分GO掺杂SnO和SnO₂颗粒,光照80min后,对甲基橙的降解率达到98%。

以玉米叶作为生物模板,通过一步浸渍结合煅烧工艺合成分级结构TiO₂,然后通过机械混合法制备出TiO₂分级结构/C₃N₄复合材料。采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、紫外分光光度仪、N₂吸附和电化学等方法对其进行表征。结果表明:与分级结构TiO₂(THS)相比,复合材料不仅光吸收性能得到提高,而且光电流也有所增强。此外,对复合材料的可见光催化性能进行了测试,发现复合材料的催化性能明显优于分级结构TiO₂和单一的C₃N₄。其中,TiO₂与C₃N₄质量比0.3∶1时光催化活性最好。

采用浓硫酸(H₂SO₄)、浓硝酸(HNO₃)质量配合比为3∶1混酸改性、超声混融和化学水热法配置负载四氧化三铁(Fe₃O₄)的多壁碳纳米管(MWCNTs)(MWCNTs/Fe₃O₄),将酸化改性的MWCNTs/Fe₃O₄与聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙二醇(PEG)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)共混制膜,制得MWCNTs/Fe₃O₄/PVDF共混膜。通过对膜的膜表断面、接触角、纯水通量、孔隙率、平均孔径和有关物质的截留率进行测试。结果发现,MWCNTs/Fe₃O₄/PVDF共混膜的接触角为56.65°,纯水通量为152.866L·m²/h,对腐殖酸(HA)、海藻酸钠(SA)、双酚A(BPA)、牛血清蛋白(BSA)的截留率分别为59.71%、71.16%、59.10%、76.00%,皆较纯PVDF膜有所提高,MWCNTs/Fe₃O₄的添加提高了PVDF膜的总体性能。

电磁干扰、电磁辐射对人类生产生活的影响越来越严重,电磁屏蔽材料因而应运而生。目前的电磁屏蔽材料中,金属纳米线具有较高的电导率和可弯折性能,其中银纳米线因具有化学稳定性好、制备成本较低、成膜后易修复、可大批量生产等优势,成为新一代电磁屏蔽材料。以溴化钠和氯化铁为原料制备银纳米线并将其半嵌入到聚氨酯膜形成屏蔽材料。制备的银纳米线@聚氨酯薄膜无需后期热处理,方块电阻达到10Ω/sq,当薄膜厚度达到5μm时,其电磁屏蔽效能超过40dB。与此同时,制备的半嵌入式结构银纳米线@聚氨酯薄膜具有优良的耐弯折性能(弯折500次方块电阻变化率<0.5,电磁屏蔽效能变化率为3%)和力学稳定性能(粘接200次方块电阻变化率<0.35)。

参照前期的研究方法,采用两步一锅法,首先在聚砜(PS)主链上引入活性基团—NCO,紧接着与对羟基苯磺酸钠(HBS)反应制备一种侧链末端为磺酸基团的磺化聚砜(PS-BS),采用流延成膜法制备相应的聚砜阳离子交换膜(PSCEM)。研究温度与PSCEMs吸水率、尺寸稳定性和质子传导率性能之间的关系,由于亲水磺酸基团远离在聚砜主链,能够形成亲水微区远离疏水主链的微相分离结构,使PSCEM在高的吸水率条件下保持较好的尺寸稳定性。在反应时间为15h条件下,制得的PSCEM在25℃和85℃的吸水率为45.1%和52.1%,吸水溶胀率仅为25.1%和55.6%,质子传导率分别为0.077S/cm和0.147S/cm,具有较好的性能。

通过本体结构改性方法制备出含氯改性芳纶Ⅲ纤维,并通过红外分析及元素分析确认含氯结构引入成功。力学性能、X射线衍射仪、热失重、差示扫描量热和动态热机械等手段的分析结果显示含氯结构的引入降低了干纱强度、结晶度、热分解温度和玻璃化转变温度,且玻璃化转变温度以上时,储能模量下降较明显,但浸胶丝强度和层间剪切强度得到明显提高,分别达到5313MPa和59MPa,证实含氯结构的引入有利于提高纤维与基体树脂的粘合性能。

以改性纳米TiO₂/环氧-聚氨酯为成膜物质,通过添加颜填料和多功能助剂,制得性能优异的水性防腐蚀涂料。探讨了乳液、玻璃鳞片和氧化铁红用量对涂膜耐蚀性能、附着力和抗冲击力等综合性能的影响。结果表明:当乳液、玻璃鳞片和氧化铁红质量含量分别为40%、30%和22%时,涂膜的耐蚀性能、附着力和抗冲击性能最佳。此外,水性防腐涂料的热稳定性能亦明显改善。

以TiO₂为前驱体,采用液相沉淀法成功制备了Ag⁺/TiO₂/SiO₂纳米复合材料。考察了正硅酸四乙酯(TEOS)加入量对复合材料粒径和白度的影响,并对复合材料的抗变色性和抗菌性能进行了研究。通过改变TEOS加入量,优化了SiO₂外壳的厚度,使Ag⁺/TiO₂/SiO₂纳米复合材料具有较小的粒径,同时增加了复合材料的抗变色性能和抑菌性能。抑菌性能测试表明,Ag⁺/TiO₂/SiO₂纳米复合材料对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和白色念珠菌(C.albicans)具有较强的抑菌作用,达到99%抗菌率的最小浓度分别是55mg/L、75mg/L和65mg/L。

以过硫酸钾为引发剂,N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体,聚乙烯醇为有机合成聚合物,硅藻土为无机黏土,采用水溶液聚合法合成有机/无机复合高吸水树脂。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜和热重分析仪对有机/无机复合高吸水树脂进行了表征,考察了引发剂用量、交联剂用量、AMPS用量及硅藻土用量对复合吸水树脂吸液性能的影响。在最佳反应条件下,有机/无机复合高吸水树脂吸蒸馏水倍率、吸0.9%生理盐水倍率分别为1574g/g和101g/g;纯有机高吸水树脂暴露在空气中的吸湿性是复合高吸水树脂的20～30倍,说明有机/无机复合高吸水树脂具有优异的防潮性能,在不同阳离子盐溶液中(Na⁺、Ca²⁺和Fe³⁺)其吸液性能明显优于纯有机高吸水树脂。

采用溶胶-凝胶法制备出非化学计量镍(Ni)掺杂的钒酸镍锂(LiNi_xV₃O₈)材料,并组装成扣式钒酸镍锂/锰酸锂(LiNi_xV₃O₈/LiMn₂O₄)电池。对制成的材料进行X射线衍射(XRD)分析表明,在Ni掺杂量低于5%(摩尔百分数)条件下,材料主相为层状结构钒酸锂(LiV₃O₈);超过5%,材料会形成钒酸亚镍(NiV₃O₈)相。场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析可知,材料为长度700～800nm,宽度400～500nm的薄片状颗粒。从循环伏安谱图中可见两对准可逆的氧化还原峰,分别对应电池充电和放电曲线上的两个充放电平台。适量的Ni掺杂可提高LiNi_xV₃O₈/LiMn₂O₄电池的比容量和循环性能,减缓循环过程的阻抗增长。在Ni掺杂量5%条件下电池性能最佳,其首次放电比容量为93.1mAh/g,50次循环后比容量仍保持70.2mAh/g。

以癸酸、硬脂酸、肉豆蔻酸和棕榈酸有机相变材料两两混合制成脂肪酸二元混合物为研究对象,选取理论计算公式,对不同配合比的脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行理论预测,并对脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热进行测试分析研究,将实验值与理论值进行对比,旨在证明所选取的理论计算公式应用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的预测是可行的。研究结果表明,脂肪酸二元混合物相变温度的实验值与理论值偏差较小,总体偏差均小于4.64℃,实验值与理论值吻合良好;相变潜实验值与理论值对比,除了硬脂酸/棕榈酸混合物个别条件下实验值与理论值偏差稍大为39.28J/g,其他混合物基本偏差不超过11.54J/g;理论计算公式用于脂肪酸二元混合物的相变温度和相变潜热的理论预测是可行的。

通过热重分析法(TG)测定了12种不同比例Al-黑索金(RDX)含铝炸药的热分解过程,分别获得不同升温速率下的热分解峰温。采用Kissinger方程计算了该系列RDX基含铝炸药的热分解表观活化能和指前因子,研究了RDX组分含量对其混合炸药热分解表观活化能E_d的影响。结果表明:随着该系列炸药中RDX含量的逐渐升高,热分解活化能E_d逐渐增大。同时,将该系列RDX基含铝炸药的TG热分解动力学参数与其5s热爆发、差示量热(DSC)热分解动力学参数相关联,发现这3种热分解的动力学参数符合同一补偿规律,获得的动力学补偿效应方程为:lnA_a、b、d=0.26E_a、b、d+3.2911,相关系数r=0.9988。

材料信息学是信息学技术在材料学中的应用,通过材料信息数据库和集成材料设计平台对材料的数据进行分析和预测。通过应用不同的机器学习(回归分析)方法和不同的特征选择算法,从众多的多尺度特征集中选择最优的特征子集可以预测金属氧化物的物理特性,归纳出适合材料不同特性的机器学习模型。分析结果表明,特征选择方法可以提升机器学习模型的性能,为进一步开发更有效的材料性能预测方法提供参考。

在NaSiO₃(2g/L)、NaH₂PO₂(2g/L)、NaAlO₂(3g/L)、NaF(1g/L)的混合电解液中采用微弧氧化技术在TC11钛合金表面制备氧化时间不同的微弧氧化膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析各氧化时间下膜层的表面形貌和各元素的含量,采用显微硬度计测出微弧氧化膜的硬度。以某型牵引火炮身管为实验平台,采用自行设计的烧蚀实验装置模拟发射状态下火炮身管内膛工况条件。在每次装药(14孔火药)为15g条件下,对膜层进行重复烧蚀检实验,检测微弧氧化膜的耐烧蚀性能。结果表明,氧化时间为20min时TC11表面微弧氧化膜具有良好的微观形貌,烧蚀20次后质量损失率最低,为0.0264%。本实验可以为火炮轻量化以及身管内膛耐烧蚀问题提供参考借鉴。

以硅溶胶为原料,通过W/O乳液法结合溶胶-凝胶过程制备SiO₂气凝胶微球。在硅溶胶中掺杂氧化石墨烯(GO),经过洗涤、溶剂替换、表面改性、真空干燥制备出掺杂量不同的氧化石墨烯/SiO₂复合气凝胶微球(GOS-CAMs),最后经高温处理得到石墨烯/SiO₂复合气凝胶微球(GS-CAMs)。经过堆密度、氮气吸附-脱附、扫描电子显微镜及傅里叶变换红外光谱等测试,选择GO掺杂量为0.4%(wt,质量分数,下同)的GS-CAMs,分别与石墨烯、SiO₂气凝胶微球进行对比,研究其在不同温度下对水溶液中不同浓度甲苯的吸附性能,并从吸附热力学、吸附动力学探讨其吸附机理。结果表明:掺杂量为0.4%的GO制备的GS-CAMs的综合性能最好,其松散堆密度为300kg/m³,比表面积、平均孔径分别为328m²/g、31.23nm;与纯SiO₂气凝胶微球相比,GS-CAMs的比表面积、孔径明显增加;GS-CAMs对不同温度下不同浓度甲苯水溶液的最大饱和吸附量为211mg/g,约为SiO₂气凝胶微球、石墨烯吸附量的1.2倍、1.6倍。吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。

在氮气(N₂)保护下,采用常压溶剂热法制备出花状前驱体铁醇盐,之后在空气中500℃热处理得到α-三氧化二铁(α-Fe₂O₃)微球。并对α-Fe₂O₃进行表征和分析,研究了其对甲基橙的光催化降解性能。结果表明:制得的α-Fe₂O₃微球具有较大的比表面积,为66.92m²/g,还具有弱铁磁性特征,饱和磁化强度为2.11emu/g,剩磁为0.55emu/g,矫顽力为210.91Oe,有利于使用磁铁吸附分离。在甲基橙溶液为10mg/L,多孔花状α-Fe₂O₃微球的浓度为0.5g/L,紫外灯照射3h条件下,多孔花状α-Fe₂O₃微球对甲基橙的降解率最高达到60.05%。采用磁铁分离并经过6次重复使用后,对甲基橙的降解率为50.85%,具有较好的降解性能。

以有机金属骨架材料MOF-5为前驱体,一步法将ZnO与TiO₂复合制备ZnO/TiO₂材料。通过扫描电镜、红外光谱、X射线衍射(XRD)、UV-Vis光等方法对ZnO/TiO₂复合光催化剂的结构和性能进行表征,并以亚甲基蓝为目标降解物,评价ZnO/TiO₂复合材料的吸附降解性能及循环效率。结果表明:所制备的ZnO/TiO₂光催化剂表面较粗糙,XRD表征有ZnO和TiO₂特征峰,ZnO的加入可提高TiO₂对波长小于600nm光的吸收;ZnO/TiO₂复合材料在模拟可见光和紫外光下及循环吸附降解性能都优于TiO₂,模拟可见光下5次重复循环利用ZnO/TiO₂的吸附降解率均能达97%以上。

采用一步溶剂热法将半导体材料溴化氧铋(BiOBr)与钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂)复合,制备了Bi₄Ti₃O₁₂/BiOBr复合光催化剂,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等表征手段对其进行表征,并在7W LED灯照射下对罗丹明B(RhB)进行光催化反应。结果表明:合成的Bi₄Ti₃O₁₂/BiOBr复合光催化剂具有较好的结晶度和较高的光催化活性;反应时间与反应温度对光催化剂活性有显著影响,当反应时间为24h、反应温度为180℃时,复合光催化剂的降解率最大,可达85.1%;污染物RhB的初始质量浓度对降解率也有影响。

以NaOH改性前后的甘蔗渣为吸附剂,采用静态吸附法,研究了pH、离子强度、吸附时间、溶液浓度和温度等因素对改性前后甘蔗渣吸附水中Th(Ⅳ)的影响。结果表明:pH对吸附的影响较大,离子强度对吸附的影响较弱,表明Th(Ⅳ)在改性前后甘蔗渣上的吸附受表面络合控制;升高温度有利于吸附反应;改性前的甘蔗渣达到吸附平衡的时间为120min,改性后的甘蔗渣达到吸附平衡的时间为180min;改性前后甘蔗渣吸附Th(Ⅳ)的过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,这表明Th(Ⅳ)在改性前后甘蔗渣上的吸附是受化学作用控制的单分子层的吸附。

海藻酸钠(SA)凝胶球对水体中的金属离子有较好的吸附性能,但对偏二甲肼(UDMH)的吸附去除作用尚未见报道。制备了SA凝胶球并对其改性用于处理UDMH废水。实验结果表明,单纯的SA凝胶球以及SA/聚乙二醇(PEG)凝胶球对UDMH的去除率仅为7%和8%。加入质量分数0.2%的氧化石墨烯(GO)后,得到的SA/PEG/GO凝胶球的机械性能得到改善,并且吸附率可达33%。由正交试验得出最佳制备工艺为:SA的质量分数为3%,PEG的质量分数为2%,GO的质量分数为0.2%。还研究了pH对复合凝胶球去除水中UDMH的影响。研究发现,此吸附机理服从准二级动力学方程;凝胶球经5次再生后仍可重复利用。

采用挤出成型法制备系列铜铈负载钛铝氧化物(Ce-Cu/Ti-Al-O_x)催化剂,研究Ce-Cu/Ti-Al-O_x催化氧化一氧化碳(CO)的性能,并对催化剂进行表征。结果表明:三氧化二铝(Al₂O₃)的掺入抑制了二氧化钛(TiO₂)的颗粒长大,不仅增大了催化剂的比表面积,同时提高了铜铈负载二氧化钛(Ce-Cu/TiO₂)催化剂的缺陷浓度,有利于催化剂表面反应气体的吸附以及催化反应的进行,因此适量添加Al₂O₃能明显提升Ce-Cu/TiO₂催化剂的低温催化氧化活性,拓宽其活性温度窗口,添加20%(wt,质量分数)Al₂O₃制得的Ce-Cu/Ti-Al-O_x催化剂具有对催化氧化CO的最好催化活性,在140℃条件下,活性达到了98%,170℃以上活性达到了100%。

超疏水表面可以抑制或者防止结露,但不同的结构其作用效果也不同。通过研究对比3种不同结构的超疏水表面的冷凝结露情况,观察三者在相同条件下表面冷凝液滴的生长规律以及液滴在表面的传热情况,来探讨液滴生长的影响因素,进而筛选出最佳的结构来抑制或者减少冷凝液滴的形成和生长。

采用水热法制备了γ-Al₂O₃微球。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了γ-Al₂O₃微球的结晶度和表面形貌。以乙醇脱水制取乙烯为研究对象,考察了反应时间、反应温度、液态空速和乙醇含量对乙烯选择性、乙醇转化率及乙烯收率的影响。通过实验确定了γ-Al₂O₃催化乙醇脱水制取乙烯的最佳反应条件:反应时间为0.5h、反应温度为500～550℃、液态空速为2.5h^-1、乙醇质量分数大于50%。

以污水厂污泥、粉煤灰为主要原料制备污泥陶粒,并采用BaCl₂浸泡、焙烧的方法对其进行改性,制得钡改性污泥陶粒(Ba-SC),考察了其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能、动力学及吸附等温线,并采用扫描电子显微镜(SEM)对其进行了表征。结果表明:Ba-SC对Cr(Ⅵ)的去除效果远高于SC,且吸附效果受pH影响较大,在pH≥7时对Cr(Ⅵ)的去除率可达90%以上。SEM结果显示,负载在污泥陶粒表面的Ba可吸附Cr(Ⅵ)并与之反应形成正交晶型的结晶体。Ba-SC对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学模型及Langmuir等温吸附模型,吸附反应为单分子层化学吸附过程。

将微藻添加到膜生物反应器中,构建微藻-膜生物反应器(A-MBR)污水处理系统。考查了系统对废水中有机污染物、N和P的去除效果以及微藻对膜污染的影响。结果表明:A-MBR系统对化学需氧量(COD)的去除效率大于90%,出水中COD含量低于50mg/L,达到一级A排放标准。A-MBR系统相比于传统膜生物反应器系统(S-MBR)对总磷去除率平均高10.1%,对NH⁺₄-N去除率也更高。同时,A-MBR系统过膜压力差(TMP)平均增长速率比S-MBR系统下降19.4%,表明微藻可有效缓解MBR系统膜污染。

采用熔融共混法制备了聚丙烯/聚乙醇酸共混物(PP/PGA),研究了相容剂聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)用量对共混物力学性能、熔融结晶行为、流变行为和断面形貌的影响。结果表明:PP-g-MAH的加入能明显改善共混体系的相容性,共混物的力学性能得到提升。PP-g-MAH对PGA结晶具有异相成核作用,且先结晶的PGA又可作为PP结晶的异相成核剂。随相容剂用量增大,PGA结晶温度升高,结晶完善程度降低,甚至不结晶,PP的结晶温度先降低后升高,且复数黏度呈先增大后减小的趋势。

作为一类新型的纳米多孔材料,多孔有机聚合物(Porous organic polymer,POP)由于其具有比表面积大,吸附性能强、相对密度低和环境友好等优点,在离子交换、催化、气体分离和气体储存等领域具有巨大的潜在应用前景,并引起了学术界的广泛关注。多孔有机聚合物高的孔隙率以及其独特的孔道结构,使其具有良好的隔热特性,通过引入含有不同阻燃元素或官能团的有机砌块可提升其阻燃性。因此,多孔有机聚合物可作为隔热和阻燃材料被使用。

综述了近年来国内外研究者在硬质聚氨酯泡沫(RPUF)结构阻燃技术方面的研究进展,概述了RPUF阻燃机理,并对结构型阻燃RPUF的市场前景进行了展望。

采用甘蔗渣分别成功制得草酸条件下的甘蔗渣基水热炭(OBC)和硫酸条件下的蔗渣基水热炭(SBC),研究草酸和硫酸2种酸性条件下甘蔗渣水热炭对模拟废水中的六价铬离子[Cr(Ⅵ)]的吸附效果。制得的OBC、SBC的BET比表面积分别为19.5767m²/g、20.086m²/g,总孔容分别为0.108316cm³/g、0.158686cm³/g,平均孔径分别为22.1316nm、31.6004nm,具有较好的孔隙结构。在Cr(Ⅵ)溶液pH＝2.0,浓度为50mg/L,SBC用量为0.7g,吸附时间为90min条件下,SBC对Cr(Ⅵ)的去除率最高达到99.8%,具有较好的去除效果。

石墨烯与附着力强、成膜性好的树脂结合可制备防腐性能优异的石墨烯复合涂料。不同的石墨烯加入量及树脂种类,都会影响复合涂料的性能,特别是其电学性能和防腐性能。简单介绍石墨烯与环氧树脂、聚苯胺树脂的复合制备方法,并对复合涂料的性能表征进行分析总结,阐述了石墨烯复合防腐涂料的关键技术与最新进展,以期对后续的研究提供新的思路。

采用微波法快速制备了石墨烯/氧化镍(MWGO/NiO)复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和傅里叶变换红外光谱仪对其结构和形貌进行了表征。通过循环伏安法和恒电流充放电测试了MWGO/NiO复合材料的电化学性能,考察了微波功率、微波时间、投料比对复合材料性能的影响。结果表明:氧化石墨烯与硝酸镍质量比为5∶4、微波功率为1000W、微波时间为2min时,制备的复合材料电化学性能最好;在充放电电流密度为1A/g及KOH电解液浓度为6mol/L时,复合材料的最大比电容为360.5F/g。

设计了一种3D打印用碳纤维/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)复合材料,此材料具有质轻、高强的特点。采用自制碳纤维上浆剂对碳纤维集束性和表面浸润性进行改进,可以使碳纤维与ABS树脂有良好的结合性。选用高流动的ABS树脂,并优选表面相容剂和润滑剂可以降低碳纤维/ABS复合物的表面粗糙性。这种质轻高强的碳纤维/ABS复合材料更适用于连续的3D打印。

以羧甲基纤维素钠(CMC)和丙烯酸(AA)为原料,过硫酸钾(KSB)为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用水溶液聚合法,制备了CMC-AA高吸水树脂;并在此基础上,向反应体系中引入氢氧化钾和尿素,分别制备出功能型复合吸水树脂K-CMC-AA、UREA-CMC-AA。通过单因素试验,确定了KOH和尿素的最佳用量;采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱对树脂产品形貌结构等进行了表征;利用动力学模型对其吸水过程进行拟合,探讨了其吸附过程及机理;研究了UREA-CMC-AA在水中的氮素缓释性能。结果表明:当KOH中和比为10%时,K-CMC-AA在0.9% NaCl中的吸水倍率为285.06g/g,比CMC-AA提高了约80%;当尿素与单体CMC质量比为1∶1时,树脂的吸水(盐水)率最高,同时树脂还具有很好的氮素缓释功能;3种树脂产品在蒸馏水或盐溶液中的吸水动力学可用准二级动力学方程描述。

以竹纤维为生物模板制备了太阳光活性的Ce掺杂Bi₂O₃催化剂。利用X射线衍射、热失重和扫描电子显微镜等方法对样品的形貌、结构和组成进行表征。以亚甲基蓝为目标污染物,探究了浸渍时间和Ce掺杂摩尔分数对Ce/Bi₂O₃在太阳光作用下光催化性能的影响。结果表明:Ce/Bi₂O₃保留了竹纤维的纤维形貌;浸渍2h制备的前驱物于马弗炉中600℃焙烧2h获得的含Ce摩尔分数为1.0%的Ce/Bi₂O₃复合材料,经太阳光照射450min后对100mL浓度为10mg/L的亚甲基蓝的降解率为87.14%,且催化剂的重复使用性良好。

采用聚天冬氨酸(PASP)改性碳化稻壳作为新型生物吸附剂对水溶液中铅离子进行吸附,探讨了影响吸附效果的主要因素,并利用Box-Behnken响应面法对吸附条件进行了优化。单因素实验结果表明,溶液pH、脱除时间、吸附剂投加量对铅的吸附产生较大影响。响应面分析法对吸附条件的优化结果表明,当pH=3.5、脱除时间为40min、吸附剂投加量为0.06g时,PASP改性碳化稻壳对铅的吸附效果最好,理论脱除率可达到99.45%,与实测脱除率仅偏差3.73%。研究表明,PASP改性碳化稻壳能显著提高吸附铅的能力和效率。

针对环氧沥青材料在钢桥面铺装中的应用,制备了增韧型环氧沥青混合料。测试了树脂用量对沥青混合料马歇尔稳定度和施工可操作时间的影响,并评价了不同树脂用量下增韧型环氧沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性能及抗疲劳性能。结果表明:增韧型环氧树脂用量对沥青混合料的性能有显著影响,当其用量为40%时,增韧型环氧沥青混合料具有优异的路用性能,且施工可操作时间较长。增韧型环氧沥青混合料能够满足钢桥面铺装对材料性能的要求。

以液化4,4＇-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)(MM103)、聚碳酸酯二醇(PCDL)、环己烷二甲醇(CHDM)为主要原料,水和二氯一氟乙烷为发泡剂,三乙胺和二月桂酸二丁基锡为催化剂,合成了一系列聚碳酸酯型形状记忆聚氨酯泡沫(SMPUF)。通过密度测试、压缩性能测试、显微镜测试、差示扫描量热测试、形状记忆性能测试,研究了发泡剂配合比对泡沫性能造成的影响。结果表明,在去离子水∶二氯一氟乙烷的用量摩尔配合比为4∶0条件下,形状记忆聚氨酯泡沫的密度为143kg/m³,膨胀率74%,压缩强度0.42MPa,形状恢复率为100%,形状恢复时间为30s,并具有较好的孔结构和热性能。

以聚乙二醇(PEG)为相变材料、白炭黑(WCB)为定形载体,通过高频超声共混法制备出PEG质量含量为70%的聚乙二醇/白炭黑复合相变储热材料(PEG/WCB-PCM),借助比表面积分析仪、差示扫描量热仪(DSC)及热重分析仪(TGA)对PEG/WCB-PCM的多孔结构、储热特性及热稳定性进行测试与表征;将PEG/WCB-PCM与水泥砂浆混合,制备出新型复合相变储热水泥立方体及水泥板,并对其表观密度、抗压强度、导热系数及储热调温性能进行实验。结果表明:PEG/WCB-PCM的定形效果主要得益于WCB的多孔网络状结构,PEG/WCB-PCM的相变焓高达114.8J/g且在300℃以下温度范围内热稳定性良好;随着PEG/WCB-PCM掺量的增加,复合相变储热水泥立方体的表观密度及抗压强度都呈下降趋势,因此应合理控制PEG/WCB-PCM的掺量;尽管PEG/WCB-PCM的掺入会影响复合相变储热水泥板的导热系数,但储热调温实验表明,PEG/WCB-PCM在水泥板中能起到显著的储热调温作用,可作为一种绿色节能材料应用到建筑节能领域。