碳纳米管(CNT)以其优异的综合性能在纳米复合材料中应用广泛。近年来,利用自组装工艺将CNT与金属、非金属或氧化物纳米材料结合制备出纳米杂化材料的研究颇受关注。主要综述了近5年来有关CNT的表面杂化途径和制备方法,着重叙述了CNT纳米杂化材料对环氧纳米复合材料力学性能、电性能、热稳定性、摩擦磨损行为以及阻燃特性的影响规律,并分析相关作用机理。

理想的吸波材料应具有低反射衰减损耗值、宽衰减带、质量轻、成本低等特点。石墨烯具有独特的电子结构、低比重、大的比表面积、高的长径比及电导率,可望成为轻质高效的电磁吸波材料。首先介绍了石墨烯的电磁吸收性能及其吸收机理。在此基础上,介绍了具有代表性的石墨烯基纳米复合吸波材料的设计、合成方法及其电磁吸收性能和电磁能量衰减机制。最后指出石墨烯基电磁吸波材料的发展趋势为多组分化、多结构化以及阻抗匹配性能的优化。

碳纤维(CF)树脂基复合材料由于其良好的力学性能被应用于航天、航空、化工等领域,但由于CF表面呈惰性,与树脂基体界面结合性较差,限制了其力学性能的发挥。由微米尺度的CF与纳米尺度的碳纳米管(CNTs)复合而成的CNTs/CF多尺度增强体,可以改善复合材料的界面性能,有助于其力学性能的提升,是目前CF复合材料领域的研究热点。简单介绍了CNTs/CF多尺度增强体复合材料的研究进展,并阐述了未来的发展趋势。

相变储能材料存在导热性能差、吸附性能弱等问题。膨胀石墨是一种新型的含碳材料,可以作为载体大幅度提高相变储能材料的导热性和吸附性。介绍了膨胀石墨的制备方法并对比分析了各种制备方法的优缺点,综述了膨胀石墨基相变储能材料的研究进展,对未来膨胀石墨基相变储能材料的研究方向进行了展望。

纤维素是世界上最丰富的高分子聚合物,纳米纤维素具有许多独特的性能,如高强度、高比表面积、生物相容性好和绿色环保等,已被广泛应用在产品包装、医疗保健、卫生产品、油漆、护肤品和新能源电池等领域。综述了纳米纤维素在食品包装材料、生物吸附材料、电子器件材料、绿色储能材料以及医药胶囊材料等方面的应用研究现状,并对其在功能材料领域的发展进行了展望。

石墨烯因具有诸多优异的物理化学性质,在储氢领域受到广泛关注。简述了近年来石墨烯作为储氢材料的研究进展,介绍了提高石墨烯储氢性能的不同方法,如掺杂、空位缺陷等。综述了石墨烯在镁基储氢材料中的应用现状,以及石墨烯负载不同催化剂(如活性金属、金属间化合物、金属卤化物、过渡金属氧化物)对镁基储氢材料储氢性能的影响。分析了石墨烯储氢以及其对镁基储氢材料催化机理,分析发现,石墨烯与氢分子之间的相互作用方式为物理吸附和化学吸附;石墨烯在镁基储氢材料中分别起到催化、助催化以及抑制晶粒团聚和生长的作用。将石墨烯应用于固体金属氢化物时,两者的协同效应能使储氢体系表现出高活性和高选择性,可为储氢领域高性能材料的构建提供一种新的思路。

工程塑料具有良好的机械性能,是目前应用最广泛的3D打印材料。作为品种最多且应用最广的工程塑料,聚酰胺(PA)具有结晶度高、熔体黏度低、流动性好、易加工成型,且在3D打印成型后保持良好机械性能等优点。PA种类很多,通过不断改进改性方法,将开发出性能优异的纳米PA、无卤阻燃PA、导电PA、磁性PA等新型PA材料并用于3D打印技术。综述了PA6、PA11、PA12、PA66材料在3D打印技术中的研究进展,并对其发展前景进行了展望。

木塑复合材料(WPC)具有原料来源广泛、价格低廉、可塑性强、绿色环保的优点,广泛应用于航空航天、室内装饰、汽车内饰、包装运输等领域。但在实际应用中,不同领域对WPC的性能要求不同,因此需要使用不同原料并添加偶联剂和增韧剂来满足不同的需求。介绍了WPC的制备及增强改性研究进展,并对其发展前景进行了展望。

介绍了水处理领域中高级氧化功能分离膜的研究进展。对新型Fenton氧化分离膜、光催化氧化功能分离膜、电氧化分离膜制备及应用现状进行了论述,并指出了高级氧化功能分离膜技术应用需要解决的瓶颈问题,提出该技术领域日后需要解决的主要问题和研究方向,以为其实际推广提供参考。

民机客舱内部空间封闭狭小、人员密集,常会引发致病菌的扩散传播。致病菌在民机客舱内传播途径主要有直接接触传播、间接接触传播和空气传播。通过建立客舱空气的CFD数值仿真模型,探究了3种客舱供气方式下,致病菌在客舱空气中的传播规律和病菌分布浓度的影响因素。在塑料和织物里面通过添加各种抑菌材料,实现了客舱内设施表面抑菌功能改性。对这些研究成果和研究现状进行综述总结,同时指出应进一步结合民机客舱低压、低湿度的特殊环境开展工程应用实践研究,以及高预测精度的CFD模型理论研究。

化学战剂(CWAs)作为一类大规模、高杀伤力的化学武器,已多次在战争中被使用。因对人体和环境的危害巨大,使得针对其开展的降解消毒研究,尤其是CWAs的防护、消毒一体化(简称“防消一体化”)日益得到重视。纳米纤维作为一种优秀的基底材料,可以与多种具有可降解CWAs功能的材料相结合,制成具有自降解功能的复合柔性织物。综述了静电纺纳米纤维在CWAs“防消一体化”方面的研究进展,展示了静电纺纳米纤维在CWAs“防消一体化”方面的巨大应用潜力。

对细菌纳米纤维素(BNC)的生物合成和生产方法进行了概述,为降低其生产成本提供参考。同时,对BNC的特征进行了介绍,分析其在造纸工业的优势和主要应用,并综述了其近年来在造纸工业中的研究应用进展。

吸附天然气由于具有经济安全的特点,使吸附存储成为未来甲烷(CH₄)储存的发展方向,因此需要选择合适的存储材料。金属有机骨架材料(MOFs)由于具有较大的比表面积和孔体积,以及可引入基团进行功能化修饰等特点,被广泛应用于气体吸附存储领域。概括介绍了MOFs材料的结构特性及其用于CH₄存储方面的优势,综述了MOFs用于CH₄存储的研究进展,比较了不同金属中心和不同有机配体的MOFs的吸附性能,并预测了未来MOFs存储CH₄的研究热点。

金属有机骨架(MOFs)材料因具有大比表面积、高孔隙率、结构可调等优异性质而受到广泛关注。然而,MOFs材料的实际应用受到水稳定性差及水的竞争配位导致材料吸附性能下降等因素的制约。材料的疏水改性是解决这一问题的重要方法。综述了MOFs材料的疏水改性方法,介绍了提高配位键强度、疏水性有机基团修饰、表面疏水试剂涂覆以及其他疏水改性方法,详述了疏水改性对MOFs材料结构性能的影响,并探讨了不同改性方法的优缺点,指出要根据MOFs材料自身的结构特点、使用目的以及不同改性方法的优缺点选择最优的改性方式。最后,对MOFs材料疏水改性技术的发展及改性MOFs材料在实际中的应用进行了展望。

碳量子点作为一种新型的碳纳米材料,具有优良的生物相容性、低毒性和极强的量子限域效应。综述了林业生物质碳量子点的研究进展,介绍了林业生物质碳量子点的合成方法及表征技术手段,对林业生物质碳量子点的研究方向进行了展望。

采用预浸渍工艺结合热压成型方法制备了玄武岩纤维增强聚芳醚腈复合材料,并研究了热处理对复合材料的微观形貌、力学性能、热性能和介电性能的影响。结果表明,玄武岩纤维的加入大幅度提高了复合材料的力学性能;热处理后,部分腈基形成交联网络有效地提高了基体与纤维之间的界面结合强度,从而进一步提高复合材料的力学性能。此外,复合材料还具有优异的热稳定性和良好的电绝缘性能。

首先制备出两种无机水合盐三元相变材料低共熔混合物体系,再采用真空吸附法分别将上述相变材料吸附到多孔的膨胀珍珠岩中,然后选用氧化石墨烯对其进行改性,提高了导热系数,并用高密度聚乙烯进行封装制备出定形相变材料。通过SEM、FT-IR、DSC、XRD等手段对样品进行了分析,研究了相变材料吸附量及氧化石墨烯掺量对定形相变材料热性能的影响。结果表明,当相变材料吸附量分别为74.8%、72.4%时,两种体系的珍珠岩复合相变材料的热性能最佳,相变温度分别为30℃、49℃,相变焓分别为82J/g、134J/g;在最佳吸附量下,当氧化石墨烯掺量为0.6%时,两种体系的定形相变材料的热性能最佳,相变温度分别为28℃、42℃,相变焓分别为77J/g、122J/g。

以六水合氯化镁、氢氧化钠、氧化石墨烯(GO)为原料,己内酰胺为溶剂,通过化学沉淀法制备氢氧化镁/还原氧化石墨烯[Mg(OH)₂/RGO]纳米复合材料。研究了反应时间和GO含量对纳米复合材料光催化性能的影响。结果表明:纳米复合材料中GO被原位还原成RGO,Mg(OH)₂纳米片负载在RGO表面。所有Mg(OH)₂/RGO纳米复合材料对亚甲基蓝的光催化降解都十分高效,在5min内均能将其完全催化降解,这是由于Mg(OH)₂纳米片和RGO对亚甲基蓝的光催化降解具有协同作用。其中Mg(OH)₂纳米片的大比表面积使其对MB表现出良好的吸附作用,而负载在RGO表面的Mg(OH)₂纳米片保证了RGO的光催化效果。此外,反应时间对光催化性能影响不大,而随着GO含量的提高,纳米复合材料的光催化循环使用性能显著提高。

采用溶液法在二甲基亚砜(DMSO)溶液中,以导电聚苯胺(PANI)和聚偏二氟乙烯(PVDF)为原料,制备了PANI/PVDF复合材料。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析了复合材料的晶相组成和显微结构,研究了DMSO溶液溶度、PANI和PVDF的共混比例(V_PANI/V_PVDF)对复合材料介电性能的影响规律。结果表明:与熔融共混法相比,溶液法制备的PANI/PVDF共混材料更利于形成β晶体,DMSO溶液浓度为5%(质量分数)、V_PANI∶V_PVDF为80∶20时,复合材料的介电常数(ε)值为943(10³Hz),介电损耗(tanδ)为4.1。

近年来,金属有机骨架材料以其独特的结构及在多个领域的应用得到了人们的广泛关注,其中沸石咪唑酯类骨架材料(ZIF材料)是一类有特殊结构的有机金属骨架材料,多在较高的温度下合成,且具有较好的热稳定性。在室温条件下合成常见的ZIF材料(ZIF-8、ZIF-67、ZIF-90、ZIF-L)不仅可以减少环境污染,同时对ZIF材料的大规模生产应用具有很大的帮助。与此同时,在氮气氛围下对合成的ZIF材料在900℃下进行充分的热解,得到以ZIF材料为模板的衍生碳材料。

以双酚A为原料合成茚满双酚,与2-氯-5-硝基三氟甲苯通过亲核取代及加氢还原制备同时含不对称茚满结构和三氟甲基的二胺单体6-(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基-1-[4-(4-氨基-2-三氟甲基)苯氧基]苯基-1,3,3-三甲基茚满。考察了工艺条件对产物收率的影响,并通过傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振氢谱仪对产物进行表征。结果表明:成功制备出二胺单体,在反应温度60℃、反应时间3h、H₂与二硝基化合物摩尔比为1∶12,Pd/C催化剂用量为二硝基化合物质量的10%时,产率可达97.51%。

以可发性酚醛树脂为前驱体,蒙脱土为改性剂,通过常压发泡法制备了孔径均匀、结构良好的酚醛树脂泡沫和蒙脱土改性酚醛泡沫;然后经800℃高温碳化,制得酚醛碳泡沫和蒙脱土/酚醛碳泡沫。研究结果表明,添加蒙脱土可使泡孔结构更加均匀,表观密度和粉化率增加。经高温处理的碳泡沫泡孔孔径明显减小,表观密度下降,粉化率增加。相比纯酚醛泡沫,蒙脱土/酚醛泡沫的耐热性较好,且残碳率由42.6%增加至45.9%。制备的4种泡沫材料中,纯酚醛碳泡沫的导热性能最好,蒙脱土/酚醛泡沫的隔热性能较好。

以端羟基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET)和3-羟甲基-3-甲基氧杂环丁烷为原料,三氟化硼·乙醚络合物为催化剂,经过阳离子开环聚合反应制备出多羟基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(MHPET)。并通过红外光谱、核磁共振氢谱、碳谱和差热等手段对产物的结构及性能进行表征。结果表明:PET端羟基转化为多羟基聚醚链段,MHPET的玻璃化转变温度为-61.9℃,20℃时黏度为22.09Pa·s,与N100固化之后所得聚氨酯弹性体胶片在室温下的力学性能为拉伸强度2.58MPa,断裂伸长率121％。

通过旋转流变仪和热台显微镜研究了超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/白油体系在不同升温速率下的溶胀和溶解行为。研究结果表明,在不同的升温速率下,体系的黏度变化趋势大致相同。在升温速率为1℃/min时,体系呈现边熔融边溶胀、随后溶解的现象;升温速率为10℃/min时,由于升温速率较快,树脂结晶区熔融速率过快,在树脂完全熔融之前,几乎观察不到溶胀现象。可将UHWMPE/白油体系的黏度随温度变化分成四个阶段,即溶胀阶段、溶解前期、溶解后期和溶液阶段。最后结合实验现象,提出一个结构变化模型来描述UHMWPE/白油体系在不同升温速率下的溶胀、溶解行为。

为了充分发挥Fe₃O₄磁性纳米材料在电磁领域的应用,通过水热法结合溶胶-凝胶法,制备出核壳结构Fe₃O₄@ZnO纳米微粒,再将其涂覆在织物上研究其电磁屏蔽性能。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、X射线能谱仪以及傅里叶红外光谱仪对Fe₃O₄@ZnO纳米微粒进行表征;采用振动样品强磁计分析其磁性能;采用织物防电磁辐射性能测试仪分析复合织物的电磁屏蔽性能。结果表明:获得的产物是以Fe₃O₄为核、以ZnO为壳的核壳结构纳米微粒,主体粒径约为450nm,壳层厚度约为25nm;Fe₃O₄@ZnO纳米微粒具有良好的磁性;Fe₃O₄@ZnO复合织物在低频范围内屏蔽效能最高可达50.91dB,具有较好的电磁屏蔽性能。

传统的酚醛树脂涂料因其脆性较大,涂层易开裂,在许多工程中不会单独使用。以腰果酚代替苯酚、糠醛代替甲醛为原料,在酚醛摩尔比小于1,碱性催化剂作用下制备了热固性酚醛树脂涂料。讨论了反应温度和反应时间对涂膜性能的影响。采用红外光谱对腰果酚糠醛树脂的结构进行了表征;采用热重法对涂膜的热稳定性进行了分析;按照国家标准对其基本涂膜性能,机械性能和防腐性能进行了测试。结果表明:制备腰果酚糠醛树脂防腐涂料的最佳工艺条件为温度为90℃,反应时间90～120min,在此条件下制得的防腐涂料涂膜性能最佳。

以苯并异噻唑啉酮(BIT)、N-甲基烯丙基胺和三光气为原料,设计合成N-烯丙基-N-甲基取代的苯并异噻唑啉-3-酮甲酰胺单体;然后与甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸丁酯等进行共聚反应,得到BIT功能化的丙烯酸树脂共聚物。活性测试结果表明,该类树脂对藻类及菌类的生长均有明显抑制作用。抑藻性能测试发现,共聚物对球等鞭金藻的抑制作用最强,对蛋白核小球藻最弱。抑菌性能测试发现,共聚物对金黄色葡萄球菌的抑制作用最强,对副溶血性弧菌最弱。

以沉淀烧结法合成CoCuMnO_x粉体,以自制的聚氨酯树脂作为粘合剂,制备了太阳能吸收涂层。采用XRD和SEM表征粉体的成分与形貌,分别采用紫外-可见近红外分光光度计及红外光谱仪测定涂层在200～2000nm和3000～25000nm(中远红外)的光谱反射率,并根据测得的光谱反射率计算涂层太阳能吸收率(α_s)和发射率(ε_T)。研究CoCuMnO_x粉体中元素配比对涂料太阳能吸收率的影响,并进一步研究制备工艺(煅烧温度、时间)对粉体的结构、形貌,以及对制得涂层的吸收率、发射率和品质因子的影响。结果表明,Co、Cu、Mn三种元素配比为2∶1∶1时制得的涂层太阳能吸收率最高(92.3%),粉体的物相成分为CoCuMnO_x相和Co₃O₄相。进一步探究制备工艺后发现,随着煅烧温度的升高,粉体形貌由片层状变为块状,表面积减小,太阳能吸收率由92.5%下降至90.3%,发射率由23.1%升高至24.5%,而煅烧时间对粉体的结构与涂层性能并无太大影响。当粉体中Co、Cu、Mn三种元素配比为2∶1∶1,煅烧温度为400℃,时间为4h时,相应的涂层综合性能达到最佳,此时涂层的太阳能吸收率为92.5%,发射率为23.1%,品质因子为4.00。

以Eu(NO₃)₃·6H₂O为铕源,采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂∶Eu³⁺荧光粉,研究了Eu³⁺离子掺杂量对TiO₂基质物相、发光性能的影响,进一步探讨了TiO₂基质与Eu³⁺离子的能量传递机理,利用X射线衍射(XRD)、荧光光谱、荧光寿命衰减曲线进行表征。结果表明:样品为锐钛矿结构,在395nm、465nm波长激发下,发射主峰在615nm处,与Eu³⁺的⁵D₀→⁷F₂电偶极跃迁相对应,可用于红光荧光粉。TiO₂基质到Eu³⁺离子的能量传递可通过氧空位缺陷作为能量捕获中心实现能量转移,增强Eu³⁺离子的发光。所制备的TiO₂∶Eu³⁺荧光粉可用于硅太阳能电池。

采用两种方法制备g-C₃N₄:方法一,乙二胺和四氯化碳混合,加热回流,高温煅烧得到g-C₃N₄;方法二,将三聚氰胺高温分解得到g-C₃N₄。然后,以聚二烯丙基二甲基氯化铵和两亲物质聚苯乙烯-聚丙烯酸共聚(PS-b-PAA)为连接剂,得到了肌红蛋白类石墨烯复合材料Mb-g-C₃N₄。基于此,研究了肌红蛋白的直接电化学及电催化行为;采用红外光谱法、扫描电镜、X射线衍射和荧光光谱法对制备的g-C₃N₄进行形貌、晶型和结构的研究;采用循环伏安法研究Mb-g-C₃N₄/GCE催化性能。结果表明,Mb-g-C₃N₄/GCE电极电化学性能良好,对亚硝酸根的还原具有良好的催化效果。

环氧树脂水性防腐抗静电涂料已广泛应用于储油罐、输油管道等许多领域。将改性膨胀石墨加入环氧树脂水性防腐抗静电涂料中,制备了高性能防腐抗静电涂料。结果表明:当改性膨胀石墨在涂层中的添加质量为0.5%时,涂层的力学性能没有受到影响,同时涂层的电阻率降至1×10⁸Ω,达到抗静电国家标准要求;涂层的耐腐蚀性能增强,耐3% NaCl溶液浸泡实验显示耐盐腐蚀达到5d;耐10% NaOH溶液达到21d;耐酸性能提高显著。

通过将月桂酰L-精氨酸乙酯盐酸盐(LAE)作为抑菌剂应用在透明涂层中发现,当LAE质量含量大于1%时对金黄葡萄球菌的抑制作用优异,通过红外谱图和X射线光电子能谱检测证实涂层表面有裸露的氨基基团,LAE被负载在涂层中,且在抑菌有效浓度范围内LAE对涂层透光率的影响不大,其涂层表面疏水效果基本保持不变;0.5%～3%含量的LAE涂层粘附性和重涂性能可以达到使用要求,其耐老化性能良好。

为研究悬浮分散熔融浸渍法制备连续碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)预浸料的最优牵引速率,针对预浸料成型过程,建立几何模型,模拟不同速率下预浸料的内部温度和黏度变化,并对不同牵引速率下制备的预浸料进行性能测试。结果表明,温度场模拟数据与实测数据误差小于4%,表明所建模型能对预浸料成型过程中的温度场进行较为准确的预估;当牵引速率为2m/min时,PEEK能够完全熔融并对碳纤维充分浸渍,此时制备的连续CF/PEEK预浸料尺寸稳定性高,断裂强力可达1897.4N。

以油酸表面处理后的纳米四氧化三铁为添加剂,制备了聚苯胺/四氧化三铁复合物。将该复合物在氮气气氛下于500℃炭化、800～1300℃进行石墨化处理,得到介孔炭材料。使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和等温吸脱附仪等对介孔炭材料进行表征,探讨了石墨化温度对材料形貌和结构的影响规律。研究表明:石墨化温度从800℃到1000℃,复合物转变为不规则颗粒状的多孔炭,具有不规则局部石墨化的碳层结构;石墨化温度为1200℃时,材料中存在碳化铁(Fe₃C),出现大量开口的球状物,大小约600nm,壁为石墨化的碳层,壁厚约为50nm;石墨化温度为1300℃时,则得到空心炭球,直径1～2μm,球壁厚约为20nm。另外,通过改变石墨化温度可以调控介孔炭材料的孔结构和比表面积,平均孔径为5.9～19.9nm,比表面积为62.6～677.8m²/g。循环伏安法测试表明,经过800℃石墨化处理的介孔炭材料比容量最高,以0.5mol/L硫酸为电解液,扫描速率为5mV/s时,介孔炭材料比容量为161F/g。

表面张力直接影响着熔盐传热的液相传输系数,而在熔盐中加入纳米颗粒能够调节其表面张力。利用高温熔融法,将不同比例的SiO₂纳米颗粒分散到二元硝酸熔盐中,制备了5种纳米熔盐。借助拉筒法对基盐和5种纳米熔盐在不同温度下的表面张力进行了实验研究,拟合得到基盐和5种纳米熔盐表面张力随温度变化的实验关联式,并对纳米熔盐的微观结构进行了分析。结果表明:在基盐中加入纳米颗粒会提高熔盐的表面张力,并且5种纳米熔盐的表面张力均随温度的升高而降低。

以3种形貌精准可控的铁基金属有机框架(MOFs)材料为牺牲模板,通过一步煅烧法成功制备了棒状、立方体状、球状3种不同形貌的磁性纳米多孔碳(MNPCs)材料。研究了不同形貌MOFs前驱体对MNPCs材料形貌的影响。采用透射电镜、水合粒径、红外光谱对材料进行表征,并考察不同形貌MNPCs的弛豫性能。结果表明,不同形貌的MOFs前驱体会影响MNPCs的形貌,且MNPCs的弛豫性能与形貌有着密切联系。MNPCs横向弛豫率较煅烧前的MOFs前驱体有了显著提高,其中,球状的MNPCs弛豫性能最佳,其横向弛豫率为34.205L/(mM·s)。

以四水合5,5′-联四唑-1,1′-二氧二钠和硝酸镍、硝酸铜和氯化钴为原料通过复分解反应制备了二水合5,5′-联四唑-1,1′-二氧镍配合物、二水合5,5′-联四唑-1,1′-二氧铜配合物和二水合5,5′-联四唑-1,1′-二氧钴配合物,采用元素分析、红外光谱和扫描电镜等手段进行表征。利用线性升温条件下的热重分析研究3种配合物对CL-20和TKX-50热分解性能的影响。结果表明:3种配合物对CL-20的热分解无明显作用,但将其熔融转晶峰分别延后。镍配合物和铜配合物对TKX-50的热分解作用明显,大大降低了TKX-50的热分解峰温,其中镍配合物对TKX-50的催化效果最为显著。

将磺化金属-有机框架材料MIL-101(Cr)-SO₃H成功引入到磺化酚酞侧基聚芳醚砜(SPES-C)中制备了不同填充量的SPES-C/MIL-101(Cr)-SO₃H杂化膜并用于渗透汽化乙酸脱水。结果表明:所得杂化膜无明显缺陷。MIL-101(Cr)-SO₃H的引入提高了杂化膜的亲水性并增大了杂化膜的自由体积参数。随着MIL-101(Cr)-SO₃H填充量的增加,杂化膜的渗透通量不断增大,而分离因子呈先上升后下降的趋势。当MIL-101(Cr)-SO₃H填充质量分数小于30%时,渗透通量和分离因子出现反“trade-off”效应。

以糠醛渣纤维素为原料,丙烯酸(AA)和丙烯酰胺(AM)为复合单体,过硫酸钾(KPS)为引发剂,N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂,采用反相悬浮接枝聚合法,制备了糠醛渣纤维素/AA/AM吸水树脂。通过傅里叶变换红外光谱仪和X-射线衍射仪对制备的吸水树脂进行了表征,探讨了复合单体用量、AA中和度、油水体积比、反应温度、KPS用量和MBA用量对吸水性能的影响。结果表明,当复合单体用量6.0g,AA中和度65%,KPS用量2.0g,MBA用量0.03g,反应温度60℃,油水体积比为1.4∶1,反应时间3h时,糠醛渣纤维素/AA/AM吸水树脂对去离子水、自来水和质量分数为0.9% NaCl水溶液的吸水(液)倍率分别为178.87、40.50和21.9g/g。

以木薯淀粉(CSt)、丙烯酸(AA)和二甲胺基丙基丙烯酰胺(DMAPAA)为主要原料,通过水溶液聚合法制备了CSt-g-AA-DMAPAA吸水树脂。使用红外光谱(FT-IR)、热重-红外同步分析(TGA-DTG-FTIR)和X射线衍射(XRD)对样品进行了表征。评价了样品在纯水和不同浓度NaCl、CaCl₂或AlCl₃盐水中的溶胀性能并分析溶胀动力学。结果表明:样品在200℃以下热稳定性良好,CSt从结晶态转变为无定型;样品在纯水中的溶胀符合二级动力学模型,在浓度5%的NaCl、CaCl₂或AlCl₃盐水中,溶胀倍率分别为18.09g/g、18.25g/g或19.24g/g;样品在超高浓度盐水中不聚沉,表现出良好的耐盐性能。

为了提高膨润土的吸附性能,采用羟基铝离子改性制成羟基铝柱撑膨润土。在利用红外光谱、BET&BJH、扫描电镜及Zeta电位表征其物理化学特性的基础上,考察吸附Cr(Ⅵ)的主要因素,通过吸附动力学、等温吸附过程、吸附热力学探讨作用机理。结果表明:羟基铝离子进入膨润土层间;片状结构出现剥裂现象,表面变得粗糙和疏松、孔洞增多;BET比表面积与微孔面积分别由49.56m²/g增至247.52m²/g、11.35m²/g增至181.61m²/g,孔体积增大,平均孔径变小。经过改性后对Cr(Ⅵ)的吸附能力明显增强;在40℃与pH=4条件下,用10g/L吸附剂处理30mg/L含Cr(Ⅵ)废水,去除率达到95.50%。吸附作用机理包括化学吸附和离子交换;吸附属于吸热反应,升温促进吸附反应。

采用“硫醇-烯”点击反应制备了一种新型高交联、低黏度聚硫代醚橡胶,数均分子量达到5611,分散系数仅为2.9,玻璃化转变温度达到-60℃。以此为基体制备密封剂,对比聚硫密封剂,聚硫代醚密封剂表现出优异的耐压缩性能,压缩蠕变量仅为5.19%;聚硫代醚密封剂的压缩永久变形率随试样高度的增加呈上升趋势,压力越大越容易产生蠕变变形,但总体增量不大。热循环后力学性能对比实验表明,聚硫代醚密封剂较聚硫密封剂表现出更为优异的耐高温性能,低温应力松弛试验表明,聚硫代醚密封剂具有更好的低温耐压缩性能。

采用共沉淀法制备了一系列不同SiO^2-₃插层的Ni-Al类水滑石(Ni-Al LDH),在550℃下焙烧后评价其在乙醇氧化反应中的催化活性。并通过XRD、FT-IR、N₂吸-脱附、H₂-TPR和NH₃-TPD等技术进行表征。结果表明,成功制备了SiO^2-₃插层Ni-Al水滑石;在反应温度为500℃时,Ni-Al-SiO^2-₃ LDH[n(Si/Al)=1.5]的焙烧产物作为催化剂表现出优异的乙醇转化率和二氧化碳选择性,分别为98%和97%。层间适量SiO^2-₃的引入可以改变前驱体中层板上的金属离子与层间阴离子的相互作用,使得焙烧产物中活性氧化性物种NiO的数量增多且易被还原,进而对氧化反应非常有利;而且使得催化剂显示出更高的比表面积,导致活性组分的分散度大大提高;以及更高含量的低温酸可以减少CO的吸附,进而有利于催化乙醇氧化的高活性和高选择性。

通过热解法-化学剥离法制备层状结构的石墨相氮化碳(g-C₃N₄),进一步通过水热法制备了一系列不同质量比的二硫化钼/石墨相氮化碳(MoS₂/g-C₃N₄)复合光催化剂。采用场发射扫描电子显微镜(SEM)和元素分布(mapping)分析、X射线衍射(XRD)以及紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)对样品的微观结构和光学性能进行表征,在可见光照射下,研究光催化剂对有机染料的光降解性能以及光分解水产氢性能。结果表明:当光催化剂浓度为0.2g/L,可见光照射180min后,其对RhB和MB的降解率分别为78.8%和94.6%,反应常数分别是MoS₂和g-C₃N₄的38.2倍和21.5倍。在可见光照射下,光催化分解水产氢的最高速率为151.4μmol/(g·h)。

采用Hummers法合成了氧化石墨烯(GO),然后以三聚氰胺为前驱体,在马弗炉中热聚合合成石墨状氮化碳(g-C₃N₄),并将GO和三聚氰胺按不同质量比混合均匀后,采用同样方法制备一种全新的GO/g-C₃N₄复合光催化剂。通过X射线衍射、红外光谱和扫描电镜等手段对所制备的样品进行了表征。结果表明:引入GO不仅使 g-C₃N₄的大部分结构得到保留,而且没有改变g-C₃N₄的键合形式,但使g-C₃N₄表面出现了不规则孔洞和类球状颗粒,大大增大了g-C₃N₄的比表面积。在LED灯下用亚甲基蓝(MB)水溶液制样进行光催化活性评价,发现复合光催化剂的MB降解率均高于纯g-C₃N₄(6.41%),且1.00% GO/g-C₃N₄效果最好(21.84%),提升了3.41倍。最后探究了催化剂用量、温度和循环次数对复合光催化剂性能的影响。

化学战剂是一类毒性大、作用速度快、毒性持久、能大规模毒害敌方的化学物质,因为对人体健康和环境存在严重危害,所以开发能快速降解化学战剂的材料在军事和民用领域具有重要意义。金属有机框架材料是一种由金属离子或金属离子簇与有机配体通过配位方式形成的多孔晶体材料,具有比表面积大、孔隙率高、结构可调、易于修饰等优点,优异的吸附性能和催化性能使得金属有机框架材料在化学战剂降解领域具有广阔的应用前景。综述了近年来金属有机框架材料在降解化学战剂方面的研究进展,并展望了其未来的发展前景。

聚乳酸作为一种绿色生物基材料,具有可再生性和生物可降解性。利用熔喷技术制备的聚乳酸非织造材料可将聚乳酸自身性能优势与非织造材料纤维超细、比表面积大、孔隙率高等结构特点结合,在空气过滤领域具有广阔的应用前景。阐述了聚乳酸熔喷非织造材料的制备工艺、性能特点以及在空气过滤领域的研究进展,并对增韧/增强改性、驻极体改性以及功能改性聚乳酸非织造材料的国内外研究情况进行总结。

以乙醇/水为溶剂体系在常压条件下制备硅气凝胶及其复合材料,取代了传统制备过程中复杂的溶剂替换和表面修饰过程,缩短了制备周期,降低了生产成本。从制备硅气凝胶的硅源出发,综述了在常压条件下以正硅酸乙酯、硅溶胶、水玻璃、甲基三甲/乙氧基硅烷等为单一硅源和复合硅源,以乙醇/水为溶剂制备硅气凝胶及其复合材料的研究进展。以此工艺制备的硅气凝胶及其复合材料具有较低的密度和导热系数,较高的比表面积,力学性能优良。

根据金属有机框架材料(MOFs)催化剂活性位点的来源不同,将MOFs催化剂分为三大类:(1)MOFs上本身具有配位不饱和的活性金属节点,能够促进反应的进行;(2)形成MOFs的有机配体或者后合成修饰到MOFs上的官能团具有催化活性;(3)MOFs本身不起催化作用,只作为催化剂的载体,起到携带催化剂和阻止催化剂团聚和流失的作用。分别叙述了上述三类MOFs催化剂的合成方法,并对它们在有机反应中的催化活性、重复使用性和选择性等进行总结。

综述了近几年以Ni基材料及其复合材料作为电催化析氢催化剂的研究进展,重点介绍了通过对Ni基材料进行结构调整,以及Ni基复合材料电催化析氢催化剂的研究和发展状况,对它们的合成方法、结构特性、催化活性、稳定性能,以及析氢性能提升的原因进行探讨。最后,对Ni基材料作为电催化析氢催化剂的发展方向进行了展望。

研制了一种以聚乙烯醇为主要成膜物质、石墨烯为主要功能填料的可剥离防护去污型涂料,利用万能拉伸实验机、扫描电镜、数控超声机、热导率分析仪和热重分析仪器进行了测试。结果表明:该涂料具有良好的性能,拉伸强度为60.57MPa,断裂伸长率为206%,导热率为0.45W/(m·K),同时固化时间短。在不同基材表面均能连续成膜且完整剥离。

将壳聚糖同时作为氯金酸的还原剂和纳米金粒子的稳定剂,一步法绿色制备纳米金,采用紫外-可见光谱、透射电镜、红外光谱对其进行表征。采用滴涂法将壳聚糖/纳米金溶胶修饰于玻碳电极表面,构建壳聚糖/纳米金复合物修饰电极。采用循环伏安法和差分脉冲伏安法考察了修饰电极对邻苯二酚的电化学响应、检测稳定性和重复使用性。结果表明:壳聚糖浓度为0.5%(质量体积分数)、滴涂量为20μL,交联剂浓度1%(体积分数)时构建的修饰电极对邻苯二酚有最佳的电催化活性,线性范围为5μmol/L～1mmol/L,检出限为0.44μmol/L,且修饰电极有较好的重现性、稳定性和抗干扰能力。该传感器在实际样品的邻苯二酚回收率为99.2%。

低温催化氧化是具有良好应用前景的氯苯类挥发性有机物降解技术之一,过渡金属氧化物由于具有良好的低温氧化活性和抗氯中毒能力而成为研究热点。综述了低温氧化氯苯类有机物催化剂最新的研究进展,从催化剂活性、产物选择性、催化剂稳定性这3个方面深入分析了过渡金属氧化物催化剂活性组分、助剂、载体等因素的影响,以期明晰过渡金属氧化物催化剂研发的重点和方向。

水体中的孔雀石绿含量过高会对环境造成巨大伤害。以法国梧桐叶为碳源,分别通过硝酸、KOH为改性剂制备出改性碳材料。结果表明:KOH改性碳材料(KC)的吸附效果优于硝酸改性材料(NC)。在30℃时KC对孔雀石绿吸附效果最好,达到1.02mmol/g。pH对KC吸附效果影响显著,pH越大吸附量越大。当pH为11时吸附量达到1.07mmol/g。吸附过程在90min时吸附基本趋于平衡。KC对孔雀石绿的吸附是一个放热过程;该吸附遵循Langmuir模型,主要以物理吸附为主。

采用介质阻挡放电产生低温等离子体的方式处理乳化废液,旨在探究等离子体处理该类废液的规律。系统研究放电时长、峰值电压、废液初始浓度和无机盐种类等因素对化学需氧量(COD)降解率和浊度去除率的影响规律。结果表明:废液初始浓度与处理效果呈负相关、加入无机盐有助于提升处理效果;增加放电时长、增大峰值电压有利于废液处理。通过正交试验确定影响乳化切削废液COD降解率因素的主次顺序为:放电时长(C)>峰值电压(B)>乳化废液初始浓度(A)>无机盐种类(D)。即按照1∶200配制的乳化废液,添加0.3000g无水氯化钙,放电峰值电压为30kV,放电时长为4h,COD降解率最好。经过实验验证,此时乳化切削废液COD降解率达87.46%。影响乳化切削废液浊度去除率因素的主次顺序为:峰值电压(B)>无机盐种类(D)>乳化废液初始浓度(A)>放电时间(C)。即按照1∶200配制的乳化切削废液,加入0.3000g无水氯化钙,放电峰值电压为35kV,放电时长为3.5h,浊度去除率最优。经过实验验证,此时乳化废液浊度去除率93.12%。本研究为乳化废液净化提供了一定借鉴。

以腐植酸、丙烯酸、丙烯酰胺为原料,采用水溶液聚合法制备了腐植酸型高吸水性树脂,并考察了腐植酸用量、丙烯酸中和度等实验条件对树脂吸水性的影响。结果表明:丙烯酸中和度65%,腐植酸用量26%,丙烯酰胺用量30%,引发剂用量1.2%,交联剂用量0.8%时,制备的树脂有高的吸水性和强的耐盐性,其在蒸馏水和0.9% NaCl水溶液中的吸水率为1002.6g/g和183.5g/g。另外,树脂的多次重复吸水能力也有明显改善。采用红外光谱法对树脂结构进行分析,并对其在农业领域的应用进行了初步研究。

采用共混复合改性技术研发一种新型高黏沥青,通过基质沥青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、C₉石油树脂(C9PR)、增溶剂等原材料优选,确定了SBS/C9PR高黏沥青的组成材料及剂量方案,结合物理性能、荧光显微、多应力蠕变恢复(MSCR)、低温弯曲梁流变(BBR)和动态剪切流变(DSR)实验,并与主流高黏沥青的物理性能、相态结构、高低温流变性能和储存稳定性进行比较。结果表明,SBS/C9PR高黏沥青的组成材料及掺量方案为:SK70^#基质沥青;SBS改性剂(LG501∶LG411=1∶1)、C9PR＿3、增溶剂(糠醛抽出油)和交联剂(硫磺)掺量分别为4%、5%、2%和1‰;与普通SBS,以及TPS和SINOTPS高黏沥青相比,SBS/C9PR高黏沥青相态分布更加均匀,因为C9PR和增溶剂增加了SBS与沥青的相容性,从而使其表现出更优的储存稳定性;MSCR实验表明,SBS/C9PR高黏沥青具有良好的高温和低温流变性能,高温分级为PG64E,适用于路面温度不超过64℃的极重交通沥青路面。

基于贻贝仿生技术,利用多巴胺(DA)与聚乙烯亚胺(PEI)共沉积体系,将聚多巴胺(PDA)沉积在聚醚砜(PES)超滤膜表面,并进一步将纳米银负载其表面,制备出Ag-PDA/PES复合膜。采用场发射扫描电镜、X射线光电子能谱分析和表面接触角等方法对复合膜表面形貌、化学性质、分离性能及抗生物污染性能进行表征。结果表明,当PDA沉积在膜表面之后,PES膜的接触角由70.5°降至35.8°,纯水通量由262L/(m²·h)提高至315L/(m²·h)。抑菌性能实验表明,Ag-PDA/PES复合膜表面抗菌率达98%,对铜绿假单胞菌和大肠杆菌具有优良的抗菌性能。模拟废水分离实验表明,Ag-PDA/PES复合膜对含腐植酸废水具有良好的分离性能,连续过滤12h后,通量仍高达165.9L/(m²·h),相比于初始通量仅下降了12.4%,明显优于未改性膜。

基于温度诱凝法,制备了以聚乙二醇(PEG)为相变储热材料、二氧化硅干凝胶(SX)为支撑材料的复合相变材料,并通过孔径分析仪、渗漏试验、差示扫描量热仪红和热重分析仪对复合相变材料的储热特性、定形效果和热稳定性进行测试与表征,最后将其应用至沥青材料中,探究其对沥青性能的影响。结果表明,具有三维多孔结构的SX能够将PEG分子链段紧紧吸附,达到定形效果,且复合相变材料具有优良的相变储热性能和热稳定性;复合相变材料的掺入使得改性沥青的破坏温度呈上升趋势,增强其高温性能,但掺量增多不利于改性沥青的低温性能,因此掺量不宜过大。

采用先乳化后改性的方法制备了水性环氧树脂改性乳化沥青,并对水性环氧树脂掺量不同的改性乳化沥青的性能进行了研究,确定了水性环氧树脂的最佳掺量为10%(质量分数)。通过修正马歇尔试验法对水性环氧树脂改性乳化沥青混合料进行配合比设计,确定混合料的最佳乳液含量为9.0%(质量分数),可压实时间为4h。高低温性能、水稳定性能及疲劳性能实验结果表明:与基质沥青、乳化沥青混合料相比,水性环氧树脂改性乳化沥青混合料的高温性能及疲劳性能显著提高,其低温性能良好,水稳定性与基质沥青混合料基本相当且优于乳化沥青混合料。