硅基材料具有极高的储锂容量和较低的电压平台,被认为是最具潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,硅的首次不可逆容量较大,电极循环稳定性较差,限制了其商业化应用。基于目前研究现状及硅基材料存在的问题,从不同硅源的选择、硅碳复合材料的制备,以及预嵌锂技术的应用等方面对硅材料近年来的相关研究工作进行了综述。

相变材料(PCM)具有很高的能量密度,并且可以在几乎恒定的温度范围内吸收和释放热量,所以利用PCM进行热能储存是提高能源利用率的有效方法。但是在广泛应用的热能储存系统中,相变材料存在泄露问题。可以利用多孔材料有效解决相变材料在固-液相变过程中的泄露问题。主要介绍了作为PCM支撑材料的多孔材料的研究进展,阐明了在新型多孔材料支撑下构建形状稳定复合PCM(ss-PCM)的设计和构建,展望了未来多孔材料在相变领域的发展及应用前景。

ZIF-90是一种沸石咪唑酯骨架材料,具有比表面积大、孔道结构均一、水热稳定性和化学稳定性高、易于修饰和合成简单等优点,可以广泛地应用于分离、吸附、催化、药物载药等领域。简单介绍了其合成方法和发展现状,结合不同应用领域的特殊要求,提出了目前应用领域存在的问题,并针对行业的发展进行了展望。

金属银纳米粒子具有表面等离子共振效应,其他半导体材料通过原位还原法在其表面获得银纳米颗粒,能显著增强可见光吸收。而可见光响应的增强可以极大地提高光能的利用率,因此银纳米粒子在光催化及光能利用方面有着重要的研究意义。为此,对银纳米粒子的发展、制备方法及应用进行了综述,并展望了该材料的发展前景。

微胶囊相变材料(MCPCM)因特有的储放热性能,受到国内外学者的广泛关注。对原位聚合法和界面聚合法制备微胶囊相变材料研究进展进行了介绍,总结了制备过程中改进微胶囊致密性、稳定性差,导热性低以及降低游离甲醛等问题的方法,阐述了通过浸轧、涂层和熔融纺丝的方法将微胶囊整理到织物上,得到具有蓄热调温功能的纺织品的相关成果。最后,展望了微胶囊相变的研究方向,指出兼具环保性、高致密性、高热稳定性以及导热性良好的微胶囊相变材料具有广阔的应用前景。

聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫是一种耐温180～240℃且闭孔率大于90%的刚性发泡材料。配方组成、分子结构控制和相关发泡工艺步骤是制备PMI泡沫的关键技术。该种泡沫材料具有比强度高、比模量高和耐高温等特点,由于其良好的力学性能、介电性能、成型加工性能和化学稳定性,可以作为高性能夹层结构复合材料的理想芯材,在优化性能、降低成本和减轻质量等方面具备明显的优势。综述了目前国内外关于PMI泡沫材料的研究成果、应用现状以及国内研发单位和生产概况。

石墨烯结构独特,在电子、聚合物、汽车和生物制药等领域具有巨大的应用潜力,石墨烯的功能化研究已成为国内外研究热点。综述了近年来石墨烯表面功能化改性研究进展。石墨烯表面功能化改性方法主要包括非共价键功能化和共价键功能化改性。非共价键功能化改性分为π-π键相互作用、离子键作用和氢键作用3种。共价键功能化改性分为聚合物功能化和有机小分子功能化。总结了石墨烯与改性分子的相互作用、反应类型及相关应用,对石墨烯功能化发展前景进行了展望。

综述了生物质气化过程中金属氧化物催化与结构优化的研究现状。金属氧化物碳酸化/煅烧循环反应过程中煅烧产物的孔隙结构直接决定产物碳酸化转化率的变化规律,同时也间接影响到宏观动力学特性以及催化分解作用。金属氧化物对生物质气化阶段的作用主要体现在焦油重整反应和焦油分解反应,但金属氧化物对焦油分解反应的作用更明显,其改性归根为微观结构的改良,使金属氧化物具有良好的催化特性,对生物质气化具有重要的学术意义及应用价值。

近些年,随着石墨烯及其衍生物的问世,利用氧化石墨烯(GO)改性增强水泥基材料已经成为了现代胶凝材料领域一个新的研究方向。针对现有的研究成果,综述了近年来GO在水泥基材料中的研究现状,主要包括GO制备与分散、GO改性水泥基材料性能及作用机理等。此外,还针对目前研究存在的问题进行了总结归纳,并对未来的研究方向进行了展望。

我国是世界玉米主产地之一,玉米秸秆资源丰富。一直以来,玉米秸秆焚烧现象较为严重,不仅对环境造成了危害,还导致了玉米秸秆资源的严重浪费。通过大量研究发现,从玉米秸秆中可以提取并制备纳米纤维素。近些年,纳米纤维素依靠其优良的特性得到了广泛的关注。简要介绍了以玉米秸秆废弃物为原料提取纳米纤维素的制备技术,并对由玉米秸秆制备的纳米纤维素材料的应用进行了综述。

落叶是一种废弃物质,深秋时节不仅会增加环卫工人的工作负担,而且会产生大量垃圾。评述了近年落叶作为吸附材料去除废水中金属元素和有色染料等的研究进展,从落叶吸附剂的应用效果、吸附热力学、吸附动力学、吸附光谱等几个方面进行了评述。落叶可以直接制成粉末,也可以将其进行改性,还可以利用其作为原始材料制备活性炭等吸附材料使用,研究其吸附性能。指出了落叶作为吸附材料应用时存在的问题,对未来的研究方向进行了展望。

通过尿素辅助软模板法研究了表面活性剂亲油基的链长对LiFePO₄/C复合材料形貌及其电化学性能的影响。结果表明,在尿素作用下,亲油基的链长对颗粒生长和成型起到了关键作用,在室温下,样品LFP-DTAB-urea在0.1C倍率下首次放电比容量达到了153.1mAh/g,50次循环后放电比容量保持在123mAh/g,容量保持率为84.9%;10C倍率下放电比容量达到79.5mAh/g。该研究结果为其他锂二次电池甚至新型二次电池电极材料的研究提供了参考,同时表明软模板法在纳米材料合成中具有广阔的应用前景。

采用Al或Mg掺杂ZnO作为电子传输层层,制备了基于P3HT∶PCBM的聚合物太阳能电池(PSCs)。采用原子力显微镜和紫外-可见分光光度计研究了Al、Mg浓度对传输层表面形貌和光学性能的影响。结果表明:Al或Mg掺杂浓度对器件的性能有一定的影响。掺杂质量为3%的Al掺杂ZnO层太阳能电池光电转化效率最高为1.96%。通过Al或Mg掺杂ZnO层作为电子传输层太阳能电池性能的研究,结果表明器件性能与活性层与电子传输层界面材料粗糙度有关。

以缩聚-热脱水两步反应合成出侧链含有羟基的可溶性聚酰亚胺,选取具有温敏特性的N-异丙烯丙烯酰胺(NIPAAm)高分子化合物并基于原子转移自由基聚合技术,经接枝聚合完成对聚酰亚胺的功能化改性,制备出具有潜在应用价值的聚酰亚胺基温敏聚合物。红外光谱和核磁氢谱测试结果表明成功合成出聚酰亚胺基温敏聚合物;热重和溶解性测试结果显示,温敏功能化改性过程不会对聚合物的热性能和溶解性产生影响;紫外-可见分光光度计的测试结果表明本研究所得温敏材料的相转变温度为33℃。

使用粒径不同的纳米粒子TiO₂、ZnO对低密度聚乙烯(LDPE)进行改性,通过双螺杆挤出设备得到纳米TiO₂、ZnO改性LDPE母粒,使用共挤流延设备制备了厚度(40±2)μm的改性LDPE薄膜,研究了不同粒径纳米粒子对改性LDPE薄膜紫外屏蔽性能的影响。通过紫外分光光度计、透明度-雾度测量仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪等对改性前后的LDPE薄膜进行表征。结果表明,用不同粒径纳米粒子改性的LDPE薄膜,其屏蔽紫外线的效果存在明显差异;纳米粒子平均粒径50nm的改性LDPE/纳米TiO₂薄膜在波长280～380nm条件下,紫外线光谱透射比小于30%,透光度大于80%,机械性能较优;纳米粒子平均粒径30nm的改性LDPE/纳米ZnO薄膜具有较强的紫外线屏蔽效果。

通过高温固相法制备白光荧光粉Ba₃Y₂B₆O₁₅∶Dy³⁺,并利用XRD和光致发光光谱分别对样品的晶体结构和发光性能进行表征。结果表明,Dy³⁺作为发光中心取代Y³⁺进入基质Ba₃Y₂B₆O₁₅的晶格中并未改变其晶体结构。样品的激发光谱是由Dy³⁺的f-f特征激发跃迁组成,主峰为353nm。样品的发射光谱由Dy³⁺的两个特征发射跃迁 ⁴F_9/2→⁶H_15/2(483nm)和 ⁴F_9/2→⁶H_13/2(575nm)组成;由于Dy³⁺主要处于高对称性的格位,Dy³⁺发射以磁偶极跃迁 ⁴F_9/2→⁶H_15/2为主。发生浓度淬灭的主要原因是Dy³⁺离子之间的双极子-双极子相互作用。样品Ba₃Y₂B₆O₁₅∶0.06Dy³⁺的发光强度最高,其CIE色坐标和相关色温分别为(0.3122,0.3676)和6282K,位于白光区域,接近于标准白光源D₆₅。随着温度的升高,由于热猝灭,样品的发光强度逐渐下降;当温度达到140℃时,样品的发光强度下降50%。基于Arrhenian公式计算,相对应的热活化能为0.3056eV,高于白光Na₃GdP₂O₈∶Dy³⁺。实验表明,单基质的Ba₃Y₂B₆O₁₅∶Dy³⁺可作为白光荧光粉应用于UV-LED器件中。

以聚酰胺酸作为纺丝液,经过静电纺丝、热亚胺化和复合改性,制备出一种孔径小、孔径分布窄的聚酰亚胺纳米纤维复合隔膜。利用扫描电子显微镜、孔径分析仪分析了复合隔膜的微观形貌和孔径分布,研究了静电纺丝液浓度、膜厚度及复合改性对复合隔膜孔径分布的影响。结果表明,制备的聚酰亚胺纳米纤维复合隔膜平均孔径小于0.1μm,用其组装的锂电池首次放电容量超过2000mAh,电池内阻与市售Celgard^ 2325隔膜相比降低了8.7%。

通过水溶液接枝共聚,将螺噁嗪类光致变色基团引入羧甲基纤维素,得到了键合螺噁嗪基团的水溶性光致变色功能材料。利用红外光谱、热重分析等手段对其结构进行表征,结果表明:新材料是以羧甲基纤维素大分子为骨架,侧链接枝有螺噁嗪类光致变色基团。对新材料显色体在水溶液中的热褪色过程通过紫外-可见吸收光谱研究,结果表明:其具有良好的光致变色性能,且显色体热消色稳定性显著增强。新材料良好的水溶性和光致变色性使其更具实用价值。

采用共沉淀法制备了聚己内酯/微米级钛酸钡(PCL/μBT)复合材料,对比研究了极化温度和极化电场强度对纯PCL及PCL/μBT复合材料介电常数的影响,分析了BT含量对PCL/μBT复合材料介电性能的影响。结果表明,与纯PCL相比,添加陶瓷粒子(μBT粒子)改善了PCL/μBT复合材料的介电性能。

采用硼酸熔融法制备富硼比金属硼酸盐ZnB₁₂O₁₄(OH)₁₀,并将其用于紫外光降解染料废水罗丹明B(RhB)的研究,通过多晶X射线衍射表征样品的结构。紫外-可见漫反射测试获得其光学带隙宽度约为4.0eV;光催化降解RhB实验表明,ZnB₁₂O₁₄(OH)₁₀在3h内对RhB的降解率高达65%,且降解机制符合赝一级动力学模型;循环光催化测试揭示,该富硼比硼酸盐具有较高的催化稳定性。

为制备低成本、高性能耐高温纤维滤料,通过针刺工艺制备了两侧为聚丙烯腈预氧化纤维/芳纶纤维功能层,中间为玻璃纤维基布增强层的复合滤料。采用扫描电子显微镜对复合滤料形貌进行观察并进行了拉伸性能、孔径尺寸、分级过滤性能和动态过滤性能测试。结果表明:随着芳纶纤维质量分数的增加,复合滤料致密性提高,孔径减小,刺针钩刺带动的纤维更多,分担了部分刺针对基布的冲击力,基布损伤减少,复合滤料拉伸断裂强力提高,所制备的复合滤料纵向拉伸断裂强力大于800N,横向拉伸断裂强力大于1000N;随着芳纶纤维质量分数的增加,复合滤料对不同粒径微粒的过滤效率均明显提高,对于粒径≥2.5μm微粒的过滤效率高达99.67%。动态过滤性能测试表明,添加芳纶纤维后,复合滤料稳定阶段清灰周期相对较长,有利于延长其寿命。

以钛酸丁酯(C₁₆H₃₆O₄Ti)、蒸馏水、无水乙醇、冰乙酸和氧化镧(La₂O₃)为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO₂和稀土元素镧掺杂的TiO₂复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、等离子体发射光谱元素分析、紫外-可见光谱仪和培养基扩散法对样品进行了表征和性能研究。结果表明:成功制备了锐钛矿晶型的TiO₂粉末和不同含量镧掺杂的TiO₂粉末,c和d粉末中镧元素的含量分别为4.43%和8.24%,在300min内光催化罗丹明B溶液的脱色率提高到85.3%和91.2%,对金黄色葡萄球菌等8种菌有良好的抑制作用。

以乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基胶,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为致孔剂,乙酸乙酯为溶剂,通过悬浮聚合法制备多孔硅橡胶微球。利用傅里叶变换红外光谱仪、激光粒度分布仪、热重分析仪、偏光显微镜、扫描电子显微镜、透光率/雾度测定仪等对多孔硅橡胶微球的结构和性能进行表征。结果表明:随着致孔剂用量的增加,多孔硅橡胶微球平均粒径先增大后减小,微球表面孔径分布均匀;随着搅拌速率的提高,多孔硅橡胶微球平均粒径缩小;在搅拌速率800r/min、PMMA微球用量1.5g、溶剂用量12.5g条件下,合成的多孔硅橡胶微球的孔径分布均匀且孔洞较深,具有较好的热稳定性,可以提高PMMA膜材的雾度。

为赋予环氧树脂以热可熔融的特性,以间苯二酚二缩水甘油醚单体和双酚A单体为原料,使其在熔融聚合条件下发生逐步缩聚反应,形成高分子量的热熔融性环氧树脂。结果表明:该聚合物的最大重均分子量M_w为106000和分子量分布(M_w/M_n)为3.40。傅里叶红外光谱和核磁共振氢谱显示聚合物以逐步聚合的方式进行分子链的增链反应,其聚合增链的方式以ABA、ABB方式进行。

通过酰胺反应成功将全氟聚醚酰氟接枝到SiO₂包覆的Fe₃O₄表面,得到一种可自分散于全氟聚醚油的磁性微粒,最终制得了热力学稳定的全氟聚醚基磁流体。采用傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、透射电镜、纳米粒度仪及振动样品磁强计对磁性复合材料结构及性能进行了表征。并将该全氟聚醚基磁流体置于离心机中离心,测定其稳定性。结果表明:在反应温度为50℃,Fe²⁺/Fe³⁺=1.5∶2(摩尔比),正硅酸四乙酯投加量为1.00mL,反应时间2h时制备的磁流体具有最好的磁学性能,且在4000r/min的离心条件下也不发生分层,具有极高的稳定性。

采用来源广泛且价格低廉的蔗糖为原料,水热合成高性能碳微球(CMSs)。分别考察了料液比、反应温度及反应时间对CMSs质量和粒径的影响;并以这3个因素为考察对象,进行正交优化试验;同时用扫描电子显微镜对对合成产品的形貌进行了考察。结果表明,合适的料液比、恰当的温度及适中的反应时间才能得到粒径较小、表面平整且分散性好的CMSs。通过优化实验条件,在料液比33g/L、反应温度200℃、反应时间20h时,得到平均粒径为0.65μm的表面光滑、分散性好的CMSs。

采用阴离子聚合的方法合成了聚苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯树脂(SIS),并按一定配方制备出热熔压敏胶。研究了SIS的相对分子质量和分子结构对热熔压敏胶性能的影响,并结合嵌段聚合物的聚集态结构对实验结果进行了分析。研究发现,随着SIS中苯乙烯含量的增加,热熔压敏胶初粘力和熔融黏度降低,软化点升高,持粘力和剥离强度先升高后降低。随着SIS相对分子质量的增加,所制得热熔压敏胶熔融黏度和持粘力升高,剥离强度在一定范围波动,初粘力呈现先升高后降低的趋势。可见,嵌段共聚物SIS的结构对热熔压敏胶的粘附性能影响显著。

研究了膨化温度、膨化时间对可膨胀石墨膨化体积及氧化失重率的影响,基于正交试验方法研究了温度对石墨线性能的影响,通过扫描电镜观察膨胀石墨与玻璃纤维以及粘结物界面在高温灼烧后的变化,通过研究得出随着灼烧温度的升高,石墨线的断裂负荷逐渐减小,耐温失量和直流电阻变化率均在标准范围内;当灼烧时间较短时,同时温度在750℃下,石墨线各项性能的变化率均在10%以内,可以得出,在断路器防护动作时间内,防雷接地用石墨基柔性接地体在遇到短路故障大电流作用下其耐受温度可达到750℃。研究结果对制备导电性能良好的石墨基柔性接地材料,提高石墨基柔性接地体导电、大电流耐受性能有指导意义。

以苯胺为原料、过硫酸铵为氧化剂,利用硝酸钠与去离子水形成的盐水以及环己烷、十二烷基硫酸钠、正戊醇组成溶致液晶模板四元系统,采用溶致液晶模板法制备聚苯胺。通过X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见分光光度法等对样品进行了表征,并采用四探针法对其导电性能进行了测试。结果表明:过硫酸铵与苯胺摩尔比为1∶1时,合成的聚苯胺呈颗粒状,其平均粒径为100nm,结晶度较好,电导率最佳达到0.98S/cm。

为了比较聚丙烯腈原丝制备过程中不同加氨方式对于初生纤维结构的影响,采用聚合初期加氨、聚合后脱单前加氨、凝固浴加氨这3种加氨工艺,聚合物经过凝固过程得到初生纤维。通过对初生纤维进行显微镜、X射线衍射以及傅里叶红外的表征,来分析纤维截面形貌以及晶态结构的变化。结果表明:在使用相同当量的氨的情况下,聚合初期加氨更容易附着于纤维上,有助于双扩散的进行,有效地阻止了皮芯结构的产生,纤维径向结构更加均匀,结晶度更高。

采用溶液法制备纳米聚苯胺(PANI),通过液相沉淀法制备MnO₂,然后通过原位聚合法制备出PANI/MnO₂复合材料,再采用XRD、红外光谱、SEM测试方法表征PANI、MnO₂和PANI/MnO₂的微观结构及其外貌形式,结合循环伏安法、恒电流充放电以及交流阻抗法表征PANI/MnO₂的电学性能。通过实证分析发现,MnO₂结构呈现出不规则特征,具有γ-MnO₂的特性。当完成PANI的复位过程,PANI中的MnO₂开始均匀分散。PANI/MnO₂复合材料比容量在MnO₂和苯胺单体摩尔比为1∶5.5时最大,比容量在电流密度1.5A/g时为483.50F/g,具有良好的循环稳定性,在充放电1005次后,PANI/MnO₂的容量保留了初始容量的75.43%。

结合酶促法和无皂乳液聚合法制备了温敏微凝胶P(NIPAM-co-OVSGal),通过红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(¹H-NMR)对微凝胶的结构进行确认表征;变温紫外-可见分光光度计(UV-Vis)测得微凝胶的低临界溶解温度(LCST)值为33.4℃;光散射技术(LLS/DLS)和透射电子显微镜(TEM)研究了微凝胶的体积相转变行为。结果表明,微凝胶为均匀分散的球形,流体力学半径(R_h)和均方旋转半径(R_g)均随温度的升高而逐渐减小,说明微凝胶的相转变是个连续变化的过程。

以海藻酸钠和甘草多糖为原材料,以Ca²⁺为交联剂制备海藻酸钠/甘草多糖(Alg/LP)水凝胶,通过溶胀率、降解率、扫描电镜、流变学性能的测定以及药物的释放量来表征制备的水凝胶。结果表明:所制备的水凝胶具有一定的pH依赖性、生物可降解性能、多孔结构以及对药物的控释效果,说明制备的水凝胶具有应用于药物传递系统以及组织工程材料方面的潜力。

以线型低密度聚乙烯(LLDPE)和乙烯乙酸乙烯酯(EVA)为基体,添加氢氧化镁(MH)、微胶囊化红磷(MRP)等助剂制备了不同配比的EVA/LLDPE复合材料,用不同的界面相容剂对复合材料进行界面改性,测定了复合材料的力学性能和阻燃性能,遴选出最优配比及最佳界面相容剂。实验结果表明:EVA/LLDPE复合材料的阻燃性能随着MH含量的增大而提高;MH质量分数为40%时,复合材料综合性能较好。协同阻燃剂MRP提高了复合材料的阻燃性能,当MH、MRP、EVA、LLDPE质量比为40∶10∶30∶70时,复合材料力学性能和阻燃性能较好。界面相容剂EVA-g-MAH有效改善了阻燃剂与基体树脂的界面相容性,提高了复合材料的力学性能,复合材料燃烧时透光率达到82%,其难燃级别达到一级。

以蔗渣木质素和丙烯酰胺为原料,制备了耐高盐木质素改性丙烯酰胺水凝胶。采用单因素实验考察了木质素与丙烯酰胺的质量比、木质素与水的固液比、反应温度、引发剂用量、交联剂用量这5个因素对木质素改性丙烯酰胺水凝胶吸液量的影响。进一步利用正交试验得出各影响因素的最优条件,并利用红外光谱、扫描电镜对最优条件下的木质素改性丙烯酰胺水凝胶进行表征。结果表明:不同因素对木质素改性丙烯酰胺水凝胶吸液量的影响顺序为反应温度>交联剂用量>蔗渣木质素与丙烯酰胺的质量比>引发剂用量>木质素与水的固液比,在优化条件下制备木质素改性丙烯酰胺水凝胶的耐盐性较好。此外,红外光谱和扫描电镜结果显示提高木质素的纯度有利于其与丙烯酰胺的共聚反应。

以六氯环三磷腈、对羟基苯甲醛、三氯氧磷、新戊二醇、水和肼等为原料,反应合成了一种新型阻燃剂六(4-(5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂己内磷酰基)苯氧基)环三磷腈(HDDCPPCP)。通过红外光谱(FT-IR)、核磁氢谱(¹H-NMR)、质谱(MS)以及热重分析表征其分子结构和热性能,发现其初始分解温度为200℃,700℃时成炭率达到41.8%。并探讨了物料配比、反应温度、反应溶剂对目标阻燃剂HDDCPPCP产率的影响,发现在最佳合成条件下,目标阻燃剂产率可达72.1%。

采用长纤维增强热塑性复合材料在线模压成型(LFT-D)方法将α-ZrP改性无卤阻燃聚丙烯与玻璃纤维熔融共混,并分别研究了磷酸锆(α-ZrP)、玻璃纤维、相容剂马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)含量对复合材料阻燃性能和力学性能的影响。结果表明:α-ZrP能明显地提高复合材料的阻燃和力学性能;玻璃纤维可以在一定范围内提高复合材料的阻燃和力学性能;相容剂可以在一定限度内提高复合材料的力学性能。

为制备性能优异的导电非织造布,扩大非织造布的应用领域,以聚丙烯(PP)为主要原料,通过熔喷纺丝技术制备了PP非织造布,利用多壁碳纳米管(MWCNTs)的溶液进行导电修饰,制备了PP/MWCNTs导电非织造布。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、绝缘电阻测试仪和热失重分析(TG)研究了PP/MWCNTs导电非织造布的结构及性能。结果表明:MWCNTs均匀分散于PP非织造布中,与纤维间的界面结合力较强;当 MWCNTs浓度为0.2mg/mL时,MWCNTs在PP非织造布中均匀分散形成连续导电网络结构,电阻率显著降低,出现导电逾渗现象;与PP非织造布相比,PP/MWCNTs导电非织造布的结晶度和热稳定性提高。

为研究镁粉在氮气中的反应机理和过程,采用从头算二阶多体微扰理论MP2/6-311+G(d)方法优化反应物、中间体和产物的几何构型,分析其电子结构,通过计算得到反应势能为435.18kJ/mol,氮化反应中镁和氮气形成中间体MgN₂的过程为反应控制步骤,并对反应机理进行了分析。利用热重法对镁与氮气的反应过程进行了测试,根据Flynn-Wall-Ozawa积分法、Starink微分法和一般积分法计算了反应的动力学参数,得到反应活化能、指前因子和动力学方程。研究表明氮化反应分为3个阶段,利用Flynn-Wall-Ozawa积分法、Starink微分法和一般积分法得到的氮化反应平均活化能分别为410.56kJ/mol、412.86kJ/mol和409.21kJ/mol,平均指前因子为4.52×10¹⁵s^-1,热分解动力学方程为dα/dt=1.64×10¹³[2-ln(1-α)]e^-59.18。

利用有机海泡石(O-SEP)和苯乙基桥链9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DiDOPO)对环氧树脂(EP)进行阻燃改性,制备阻燃复合材料。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)对O-ESP的结构进行表征,并利用热失重分析(TG)、UL-94垂直燃烧测试和锥形量热测试(CCT)等手段对EP复合材料的热稳定性能、力学性能和阻燃性能进行研究。结果表明:硅烷偶联剂可以实现海泡石的有机改性;O-SEP和DiDOPO的加入可以提高复合材料的弯曲强度和抗冲击强度;随着O-SEP和DiDOPO含量的增加,复合材料的热稳定性逐渐提高,O-SEP与DiDOPO具有较好的协同阻燃效果。

利用有限元软件Workbench,建立了三维间隔复合材料的细观模型;对材料施加1.5mm的面内压缩位移载荷,研究材料的破坏模式及应力、应变分布规律。结果表明:从宏观角度观察,材料上下面板应力较大,容易发生破坏;芯材应力较小,不易发生破坏。从细观角度观察,上下面板的经纱、纬纱、接结经纱的应力较大,是承载主体;树脂的应力较小,起次要作用。上下面板的纬纱平均应力最大,且分布具有随机性。材料的破坏模式主要是上下面板树脂破碎、树脂与纤维严重脱粘等。

采用溶剂热法合成了同时含Co、Ni的双金属MOF-74材料,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、N₂物理吸附仪、电感耦合等离子发射光谱仪等表征手段分析了材料的形貌、结构及性质,并对其在室温、0～100kPa条件下的CO₂吸附性能及CO₂/N₂分离性能进行了研究。结果表明,双金属MOF-74保持了MOF-74的晶型结构,但晶体尺寸有所减小。气体吸附分离测试结果表明:Ni25Co-MOF-74对CO₂的吸附量最大,达到4.77mmol/g,较单金属Co-MOF-74提高了13.30%左右;Ni25Co-MOF-74对CO₂/N₂的理想分离系数为25,较Co-MOF-74提高了66.67%左右。经过4次循环实验Ni25Co-MOF-74的CO₂吸附量仍为4.75mmol/g,表现出优异的再生性能。

以ZnAl LDHs为前驱体,通过共沉淀法改变ZnAl LDHs的质量分数,制备了Ni/ZnAl LDHs复合光催化材料。以罗丹明B(RhB)为目标染料,研究了样品的光催化性能。通过XRD、比表面积、孔径分析、XPS和UV-Vis等技术讨论了Ni掺杂剂对结构的影响,并提出了光催化降解机理。结果表明,掺杂适量Ni不会破坏ZnAl LDHs的层状结构,但随着掺杂量的增加,结晶度和晶体尺寸减小。在RhB浓度为5mg/L,Ni/Zn/Al摩尔比为0.2∶2∶1,pH=7,催化剂用量为1g/L的条件下,Ni/ZnAl LDHs可以获得90%的RhB降解率。实验还发现,RhB可见光降解中的活性物质主要是羟基自由基,并且降解遵循一级反应动力学,同时也受扩散过程的影响。

以磷酸钠、磷酸铵为磷源,以三聚氰胺为石墨相氮化碳(g-C₃N₄)前驱体,制备磷掺杂的类石墨相氮化碳(P-CN),探索最优的掺杂制备条件如:磷源选取、掺杂制备温度、合成方法和掺杂比例等。通过X射线衍射仪、紫外-可见漫反射光谱仪、X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、荧光光谱仪、透射电镜和扫描电镜等手段对样品进行表征分析,以罗丹明B为降解用污染物测试样品的光催化活性。结果表明:磷元素的掺入抑制了催化剂晶粒的生长,拓宽了样品的可见光响应范围,提高了对可见光的利用率,明显减小了样品的能带宽度,有效抑制了光生电子-空穴的复合,因此显著地提高了样品的光催化性能。且不同掺磷量的样品中P-CN(1∶8)的光催化活性最高,其光催化降解罗丹明B的速率常数是纯g-C₃N₄的38倍。

以玉米芯为原料通过水蒸汽活化法制备活性炭,研究其对水体中双酚A(BPA)的吸附性能。利用响应面分析法优化了吸附时间、活性炭用量、双酚A初始浓度和pH对吸附双酚A的影响。结果表明:准二级动力学方程对吸附实验数据拟合良好;Langmuir和Koble-Corrigan吸附等温线方程能很好地描述活性炭对双酚A的吸附过程。在298K时,活性炭吸附BPA的最大吸附量为770.09mg/g,表明玉米芯基活性炭是处理双酚A废水很有前景的吸附材料。

以SiO₂微球为硬模板,3-氨基-5-巯基-1,2,4-三氮唑为前驱体,经高温炭化后除去硬模板得到硫掺杂的氮化碳材料。通过扫描电镜(SEM)、物理吸附仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和紫外-可见光谱仪(UV-Vis)等研究手段对制备的材料进行表征分析。将硫掺杂氮化碳材料应用于可见光催化降解有机污染物罗丹明B,通过改变不同条件研究其光催化活性。结果表明:掺杂后的禁带宽度减小是光催化性能提高的主要原因。

以沙棘果分离残渣为生物质原料,采用限氧热解法制备生物炭(BC),通过微波硝酸法制备改性生物炭(MBC);结合吸附实验、扫描电镜及红外光谱表征结果对改性效果进行评价,重点探讨了MBC对水中Cd²⁺的吸附特性。结果表明:微波硝酸改性不仅使生物炭的表面结构发生明显变化,增加了生物炭表面的含氧官能团数量,亦可使生物炭对水中Cd²⁺的去除率从22.0%增加至87.7%;MBC对Cd²⁺的吸附动力学过程符合准二级动力学模型,等温吸附过程符合Langmuir、Freundlich和Sips等温吸附模型,表明在该吸附过程中同时存在物理吸附和化学吸附;热力学结果表明MBC对Cd²⁺的吸附过程为一自发的熵增吸热过程。

为保证汽轮机和电力变压器等充油设备正常运行,降低充油设备中夹杂的微量水。采用纳米SiO₂粒子、环氧树脂和滤膜制备“超疏水-超亲油”有机-无机杂化油水分离膜,研究初始含水量、分离次数、温度与油水分离效率间的关系;通过搭建两组串联膜过滤器,对工业检修用油和待检修变压器油进行除水实验应用。结果表明:这种超疏水膜具有良好的强度、抗冲刷能力和高温稳定性,通过多次循环分离可以去除油品中的大部分微量水;经过放大制备并用于工业处理待检修变压器油后,能够有效降低其含水量,并基本完全去除其中的颗粒杂质。

随着城市化建设的加强,对于沥青道路的路用性能要求越来越高,不同类型的材料被用于改性沥青作为建筑材料。简要介绍了沥青的特性,根据改性沥青中聚合物改性剂的类型,阐述了国内外各类改性沥青的研究现状及进展,同时从改性机理和性能评估等方面对改性后的沥青进行了讨论,并展望了改性沥青的发展方向。

为了探究环氧掺量对水性环氧乳化沥青冷拌料性能的影响,采用蒸发残留物常规物理性能实验、粘附性能和拉拔实验表征不同环氧掺量水性环氧乳化沥青的技术性能,并通过正交试验确定水性环氧乳化沥青冷拌料的最佳环氧掺量、用水量及油石比,最后考察了冷拌料的力学性能、高温稳定性和水稳定性。结果表明:水性环氧树脂的掺入对蒸发残留物三大指标影响较大,随其掺量增加,针入度明显减小,软化点升高,延度降低,当掺量达到10%时,软化点达到90℃以上;同时沥青与集料的粘附性显著提高,掺量为15%时,粘附等级达5级;掺量为20%时,水性环氧乳化沥青层间粘结强度达0.535MPa,其冷拌料初始强度为23.56kN,成型强度为13.43kN,动稳定度为14000次/mm,浸水残留稳定度为79.2%。

以丙烯酸(AA)为原料,过硫酸钾为引发剂,乙二醇为交联剂,添加含量不同(摩尔分数为0.5%,1%,5%和10%)的苯乙烯,制备了聚丙烯酸/苯乙烯二元无规共聚物[P(AA-co-S)]高吸水性树脂。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜,热重分析仪表征了样品的结构、形貌和热稳定性,并系统研究了苯乙烯含量对P(AA-co-S)高吸水性树脂性能的影响。结果表明:P(AA-co-S)高吸水性树脂热稳定性好,苯乙烯的引入提高了树脂的吸液性能,苯乙烯含量为1%(摩尔分数)时,其吸水倍率最高,为784g/g,吸液速率为12.21s。与聚丙烯酸钠(PAA)相比,P(AA-co-S)高吸水性树脂吸水倍率提高了36%,吸液速率提高了16%。

制备了一种磺化聚苯醚质子交换膜,通过控制磺化比例进行了优化。采用核磁共振及红外光谱测试确定了磺化产物,采用热失重分析仪和拉力机进行了热稳定性能及拉伸性能测试,并进行了尺寸稳定性计算及交流阻抗测试。结果表明:氯磺酸和聚苯醚物质的量之比为0.45时,磺化度为40.69%的磺化聚苯醚(SPPO)为最佳,质子传导性能达7.13×10^-4S/cm,尺寸稳定性及拉伸性能均优于Nafion 117膜,成本也较低,可作为质子交换膜或作为复合膜的基体材料。

研究了两种国产T700级碳纤维微观形貌以及相应的环氧树脂基复合材料的基本力学性能,并与日本东丽T700碳纤维进行比较。结果发现,与表面光滑的东丽T700碳纤维相比,国产碳纤维表面有颗粒附着,呈凹凸不平的形貌;国产Ⅰ型和东丽碳纤维较国产Ⅱ型碳纤维的力学性能稳定性更好,国产Ⅰ型碳纤维与东丽纤维力学性能数据相近,其中国产Ⅰ型碳纤维复合材料拉伸强度为2323MPa、拉伸弹性模量为143GPa、弯曲强度为2327MPa、弯曲弹性模量为140GPa。

以脱乙酰度90%的壳聚糖为原料,采用两步合成方法,得到N,N,N-三甲基壳聚糖(TMC),将TMC与氯乙酸反应,得到端羧基季铵化壳聚糖(CTMC),利用傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振氢谱仪对产物进行了表征并研究其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。结果表明:通过两步法成功合成了CTMC,实现了对壳聚糖分子结构的改性;CTMC的溶解性得到明显提高,其可以溶解于任意pH的水溶液中,且在中性溶液中表现出一定的抗菌性。CTMC的抗菌机理可能主要是带正电的壳聚糖分子链与带负电的细菌细胞壁存在静电作用,改变了细胞壁的通透性,影响细胞内外物质传递从而杀死细菌。

利用超声波对竹材进行萃取处理,对2组特定超声波参数,即超声波探头深度15mm、功率200W(15mm-200W)和超声波探头深度15mm、功率400W(15mm-400W)进行对比研究,寻找最佳的超声波处理条件。结果表明:与空白实验相比,超声波处理条件下,通过高效液相色谱仪成功萃取出愈创木酚、5-羟甲基糠醛、香草酸、香兰素和芥子醇等参与竹木质素生物合成的酚类物质,且酚类物质整体萃取率提高了2.6倍;15mm-200W超声波处理条件下,萃取出的酚类物质含量均明显高于15mm-400W条件下萃取物的含量,萃取过程中不使用化学试剂,绿色环保无污染。

为提高纳米TiO₂的紫外屏蔽能力,降低其光催化活性,将TiO₂负载在云母表面,采用无机Al(OH)₃和有机硬脂酰谷氨酸二钠(HS-21P)对其进行改性,制备云母/TiO₂/Al(OH)₃/HS-21P(MTAH)紫外屏蔽材料。透射电镜和扫描电镜分析结果表明,纳米TiO₂均匀分布在云母表面。光催化性能测试表明,无机Al(OH)₃的包覆有效地降低了纳米TiO₂的光催化活性。红外光谱、热重和水接触角分析表明,有机HS-21P表面处理剂使复合粉体的水接触角达到121°,提高了其与有机溶剂的相容性。将MTAH复合粉体与市售TiO₂以相同活性物添加量添加到防晒配方中,考察配方防晒性能、稳定性等。结果表明,MTAH具有更优异的稳定性及紫外屏蔽效果(配方中含TiO₂为5%时,SPF值13.81,PA++)。

以单一长焰煤种为原料,采用预氧化和二次炭化技术对原料煤和炭化料进行处理,制备出中大孔发达的煤基柱状活性炭。通过扫描电子显微镜(SEM)和物理吸附仪(BET)对样品的形貌和孔结构进行分析,讨论了炭化与活化条件对中大孔活性炭制备的影响。结果表明:预氧化温度为250℃、3h,粘合剂、水和煤粉三者的捏合比例为31∶6∶63,炭化温度500℃、40min,活化温度850～900℃、1.5～2.0h时,制备出孔径分布在10～130nm之间的中大孔活性炭样品。

煤泥在我国资源丰富,主要由细粒煤和铝硅酸盐黏土矿物组成,是一种富碳和富硅的原材料,但其利用率极低。以煤泥为原料,通过焙烧处理将煤颗粒转化成煤基炭材料,然后采用化学沉淀法将硅酸盐矿物转化成纳米白炭黑,原位包覆在煤基炭材料表面,经表面改性后制备了煤基炭-白炭黑双相复合填料(CSDPF)。该CSDPF中SiO₂的含量为32.80%,SiO₂与煤基碳的比值为51.69%。煤基炭颗粒表面彻底被白炭黑粒子所覆盖,其表面接触角达到91°,疏水性较好,与聚合物具有较好的亲和性。CSDPF显著地改善了丁苯橡胶复合材料的力学性能,可全部替代N660炭黑,部分替代其他炭黑在橡胶中的应用,是一种综合性能优良的复合型橡胶补强材料。

以ZIF-67为前驱体通过直接碳化法合成了具有磁性的Co/C纳米材料,采用X射线衍射仪、全自动比表面及孔隙度分析仪和扫描电子显微镜对所得材料进行结构表征。以罗丹明B溶液模拟印染废水,探究了废水浓度、pH和温度等因素对吸附性能的影响。结果表明:所合成的Co/C在较高的碳化温度(900℃)下形成了,对罗丹明B溶液的吸附降解率可达91%以上,同时吸附过程遵循Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。

采用水解-共沉淀法将C改性TiO₂负载于Fe₃O₄磁性活性炭上,制备出具有磁性特性的C改性TiO₂光催化剂,并通过响应面分析法,确定了其制备最佳条件。模拟太阳光采用该催化剂光降解模拟污染物甲基橙溶液,最佳条件下反应30min,50mg/L甲基橙降解率可达97.1%,高出商用TiO₂光催化剂去除率25.1%。同时,该催化剂也具有较为优异的可见光激发降解效果,在400～800nm可见光辐照条件下,光催化降解甲基橙降解率可达64.7%,效果高出商用TiO₂光催化剂2.09倍。本研究为光催化降解有机污染物提供了新的催化剂合成思路和途径。

以电厂废弃物粉煤灰和炭化棉秸秆为原料,制备了粉煤灰-炭化棉秸秆吸附剂,考察了粉煤灰与炭化棉秸秆质量比、pH、吸附时间、吸附温度、振荡频率对Cr(Ⅵ)离子吸附性能的影响。通过正交试验设计优化了吸附剂吸附Cr(Ⅵ)工艺,确定最佳工艺为:m(粉煤灰)∶m(炭化棉秸秆)=1∶3、吸附温度为40℃、吸附时间为25min、pH=4。结果表明,粉煤灰-炭化棉秸秆吸附剂对任何浓度的Cr(Ⅵ)离子均有吸附作用,吸附率较高。