简述了碳纤维增强树脂基复合材料的性能特点及各种成型工艺,结合该复合材料的优异性能,介绍其在航空航天、交通运输、风电、医疗等领域的应用进展。最后对碳纤维增强树脂基复合材料的发展前景及可回收利用前景进行了展望。

聚丙烯腈是用于静电纺丝的主要高分子聚合物原料,采用静电纺丝技术制备聚丙烯腈基杂化复合纤维,或再经预氧化炭化制备纳米碳纤维的研究已取得了许多有意义的成果。为了对静电纺丝制备聚丙烯腈基有机无机杂化复合微纳米纤维及其碳纤维更深入的了解,介绍了静电纺丝的相关基本原理和技术进展。对以聚丙烯腈为主要聚合物原料,添加或不添加其他有机及无机化合物,通过静电纺丝制备聚丙烯腈基杂化复合纤维的主要类型、改性方法和应用领域进行了综述。对聚丙烯腈基杂化复合纤维及其碳纤维开展了许多实际应用研究,主要应用领域集中在燃料电池、离子电池和电容器等新能源材料,卫生过滤材料,水处理及气体净化的吸附和光催化降解材料,催化剂载体材料,传感器材料,电磁波吸收和屏蔽材料。

纳米纤维素以其独特的形态特征,优异的机械强度、生物相容性和生物降解性在纳米材料领域得到了广泛的应用。其高比表面积和丰富的活性表面基团可以通过多种物理或化学方法负载纳米金属粒子,为此,综述了银、金、铜和氧化锌等纳米金属粒子在纳米纤维素上的负载方法,并介绍了此类复合材料在抗菌材料、传感器和催化剂等领域的应用。

界面是复合材料极为重要的微结构,复合材料的综合力学性能很大程度上取决于纤维与基体之间的界面黏结性能。准确地评价纤维与基体间界面结合情况,进而对界面进行优化设计与调控,是制备高性能复合材料的关键之一,复合材料界面力学性能表征技术也因此备受关注。从微观和宏观两个方面详细阐述了纤维增强复合材料界面力学性能的表征方法,并分析对比了两类表征方法的优缺点,对开发新型复合材料界面力学性能表征方法及实验仪器具有重要的指导作用。

水性聚氨酯防水涂料具有安全、环保、低挥发性有机化合物(VOC)、低气味等优点,其涂膜有良好的柔韧性、粘附性和耐化学性。综述了水性聚氨酯防水涂料分类及其国内外研究进展,并指出了水性聚氨酯防水涂料的发展方向。

石墨烯具有优异的机械性能及导热性能,将其与聚合物结合制成复合材料,是发挥石墨烯优异性能最可行的方法之一。然而,石墨烯在聚合物中分散时易团聚,石墨烯功能化是解决这一问题最常用的方法。基于以上背景,重点介绍了石墨烯与氧化石墨烯的功能化方法,包括共价功能化和非共价功能化。同时,阐述了功能化石墨烯在改性环氧树脂力学性能和导热性能的应用现状。

工程塑料是水润滑下摩擦副常用的一类材料,其摩擦磨损性能在很大程度上决定了摩擦副的使用性能。主要介绍水润滑的特点,分析水润滑摩擦副对材料的性能要求,综述水润滑下PTFE、PEEK、PA、PI等常用工程塑料的摩擦磨损性能研究情况,并对特定工况下摩擦副用工程塑料研究提出了建议。

超疏水材料具有特殊的润湿性,良好的自清洁、防腐蚀、防结冰等性能,能够有效地减少航行体在行驶过程中受到的海水阻力与能源消耗、抑制海洋生物附着、减缓海水腐蚀、降低冰附着力,在海洋领域具有良好的应用潜力。综述了超疏水材料的制备方法及其在海洋领域最新应用研究,并对其未来发展趋势进行了总结和展望。

随着光学纯化合物需求的不断增加,手性分离的研究在医药、化学、生物学等领域具有重要意义。膜分离法是近年来发展的一种新型节能技术,具有连续操作、易于放大、无污染等优点,被认为是一种具有潜力的大规模拆分对映异构体的方法。大多数一维聚合物手性分离膜的选择性与通量之间呈反向关系,且耐溶剂性差,导致分离性能不稳定,通量较低。有机多孔材料具有较大的比表面积和永久孔隙率,对有机溶剂具有极高的稳定性,在合成过程中引入手性官能团制备出手性材料可以实现在手性分离膜领域的应用。

钨酸盐材料是重要的无机功能材料。对钨酸盐材料的研究进展进行了综述,介绍了高温固相法、水热法、溶剂热法、微波水热法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、燃烧法、喷雾热解法等多种合成钨酸盐材料的方法,并对各种制备方法的特点进行了归纳和总结。同时,概述了钨酸盐材料在太阳能电池、照明和显示、储氢材料、温度传感器以及光催化材料等领域的应用情况。

纳米纤维素基复合吸附材料可以兼具不同材料的性能优势,克服单一材料性能不足之处,是现阶段吸附材料领域的研究热定。介绍了纳米纤维素/膨润土吸附材料、纳米纤维素/氧化石墨烯吸附材料、纳米纤维素/金属氧化物吸附材料和纳米纤维素/聚合物吸附材料等在水体系重金属离子去除领域的研究进展。最后,展望了纳米纤维素基复合吸附材料在水体系重金属离子去除领域的发展方向。

从古到今,传染性细菌一直威胁着人类的身体健康。碳点作为抗生素的替代物,制备方法简单、成本低、表面容易功能化,具有优异的抗菌活性和独特的抗菌机制,是一种很有发展前途的材料。然而碳点带隙较宽,光催化活性较低,产生的活性氧较少,使其抗菌活性降低。为了改善这一缺点,研究者们目前已通过调节碳源及制备方法合成出不同形状、杂原子掺杂以及表面功能化的碳点,改变了表面基团、电荷和活性氧产率并促进了抗菌活性;除此之外,将碳点与半导体纳米粒子、金属纳米粒子复合促进光捕获和载流子转移效率不仅可以促进活性氧的产率,同时发挥协同抗菌作用。基于此,综述了抗菌型碳点的制备及修饰方法;并介绍了碳点与纳米材料的复合及协同抗菌效应;最后对碳点及其复合材料在应用中面临的挑战进行了总结,为研发更多高抗菌活性、低毒性的碳点及其纳米复合材料提供指导。

针对当前国产口罩因芯层聚丙烯熔喷非织造材料带电稳定性差,而导致长期储存后过滤防护效果明显下降这一共性难题,结合驻极电荷稳定性,介绍了电晕放电和摩擦起电驻极工艺技术在纤维材料领域的研究现状和存在问题,进一步对3M公司在口罩用熔喷非织造材料方面的专利进行了剖析,指出摩擦起电等驻极工艺技术是实现口罩长期储存带电和过滤效率持久稳定性的研究方向。

生物质作为地球上分布最广泛的可再生资源之一,有着巨大的开发利用价值。而将其碳化热解或活化处理后用作电池的电极材料是一种新兴的研究方向。由于生物质种类多种多样,其制备的方法也各不相同。通过介绍不同的处理方法,并辅以实例,详细阐述了生物质用作电极的优势。

水中重金属的处理方法多样如物理化学法、化学沉淀法和生物净化法等,其中吸附法因其材料来源广、操作简单、成本低等优点得到了广泛应用,而吸附材料是吸附法处理水中重金属污染的核心要素。详细表述了重金属吸附材料的分类和研究进展,尤其是以某种方式结合而成的新型有机-无机复合材料;阐述了有机-无机复合材料在重金属吸附方面的应用前景,展望了介孔分子筛材料在吸附水中重金属技术的发展趋势。

近年来,对常规的铁基材料进行硫化改性已经成为抑制铁材料团聚和氧化,提高其反应活性的重要技术手段。通过硫化铁基材料可构建非均相氧化体系,该体系反应更高效且适用范围更广,在水处理中具有广阔的应用前景。综述了常见的硫化含铁物质作为非均相类Fenton催化剂去除水体难降解有机污染物的研究进展,探讨了经硫化处理后不同种类的铁化合物催化降解有机物的性能,讨论了硫掺杂对于提高催化剂反应活性以及拓宽其适用范围的作用机理。最后指出,硫化铁基材料的制备参数优化和探索自然界中硫化物的实际应用潜力及其与水生物体的相互作用机制是未来的研究方向。

金属有机骨架材料(MOFs)是一种具有良好化学稳定性、结构多样性和高比表面积的新型多孔材料,在水中重金属去除领域有着广阔的应用前景。介绍了MOFs材料的分类、应用和合成方法,并对比了几种常用的MOFs材料合成方法的优缺点,综述了不同骨架结构(MIL、ZIF和Uio-66)和不同官能团改性(氨基、巯基和金属氧化物)的MOFs材料在吸附水中重金属离子方面的吸附性能及机理,针对MOFs在吸附重金属离子方面的不足提出了生产水稳定性强、循环利用性好和产率高的MOFs是未来MOFs材料在去除水中重金属方面的研究方向。

设计一种高活性、高稳定性的非贵金属基催化剂,对电催化析氢的应用具有重要意义。以硫酸和植酸为硫磷掺杂剂,采用水热法合成了硫磷共掺杂石墨烯(SPG);随后,采用简单的醇热法制备了直接生长在SPG上的Ni基纳米材料(Ni/SPG)。制备的Ni/SPG电催化剂表现出杰出的析氢性能,其阻抗极低(0.48Ω),电化学活性表面积极好(32.62m²/g),起始过电位低(115mV),并且具有优秀的Tafel斜率(115mV/dec)和良好的循环稳定性(5000个循环伏安循环)。这些显著的电催化性能归因于S和P双掺杂石墨烯产生更多暴露的活性中心和表面缺陷,使得小晶粒尺寸的Ni均匀地分散在其表面,并促进了它们之间的电子传输。

采用溶胶-凝胶法和水热法合成C-TiO₂/CdS复合催化剂,并使用静电纺丝法以聚乙烯醇(PVA)为模板剂制备纳米纤维膜载体,通过浸渍法负载催化剂制成壳-核状的C-TiO₂/CdS复合纤维膜。通过X射线衍射、X射线光电子能谱技术、漫反射光谱和扫描电镜对催化剂结构组成和形貌进行分析。以乙醇为牺牲试剂,测试了C-TiO₂/CdS复合纤维膜在可见光下的产氢性能。光催化实验结果表明:相比纯TiO₂,复合纤维膜产氢效率更高且方便回收再使用,1.5g葡萄糖作C源、0.15g CdCl₂改性的C-TiO₂/CdS、乙醇浓度为30%时复合纤维膜产氢效率最高,可见光下反应6h后达4730μmol,是纯TiO₂产氢量312μmol的14倍。

通过共混法将木质素磺酸钠(SLS)引入到磺化聚酰亚胺(SPI)中,制备了SPI/SLS质子交换复合膜。通过红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)表征复合膜的化学结构和微观形貌,并对复合膜的含水率、溶胀度、机械性能、热稳定性和质子传导性能进行研究。结果表明:SLS均匀分散在SPI内部,SLS的引入提升了质子交换复合膜的热稳定性。SPI/SLS-15复合膜的拉伸强度为49.1MPa,是Nafion117膜的1.84倍。复合膜的质子电导率随SLS含量的增加而增加,SPI/SLS-15质子交换复合膜的质子电导率最高,在90℃水中达到0.329S/cm。SLS增加了复合膜的保水性和质子传输位点,使复合膜的质子电导率有很大提升。

采用水热法合成出NaY(WO₄)₂:Eu³⁺荧光粉。研究了水热反应时间对样品晶体结构、形貌及上转换发光性能的影响。结果表明:水热反应6h后所得样品均属四方相,且掺入的Eu³⁺进入到基质NaY(WO₄)₂晶格中,并占据Y³⁺的格位。添加聚乙二醇(PEG-2000)作为表面活性剂,可得到形貌统一且分散性良好的微米针状球。利用790nm近红外光激发样品,获得了595nm橙光和616nm红光发射峰,其中橙光发射来自Eu³⁺的 ⁵D₀→⁷F₁跃迁,红光由Eu³⁺的 ⁵D₀→⁷F₂跃迁产生。

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)、聚氧化丙烯三元醇(PPG-3)、1,4-丁二醇(BDO)和2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)等为原料,采用预聚体法制备了星型水性聚氨酯(SWPU)。采用傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振氢谱仪验证了SWPU的合成。凝胶渗透色谱测试结果表明:PPG-3的加入提高了SWPU的相对分子质量;随着PPG-3含量的增加,SWPU胶膜的接触角增大,耐水性和力学性能显著提高。当PPG-3含量为3%(摩尔分数)时,SWPU数均分子量为4440g/mol,具有优异的稳定性,制备的胶膜综合性能最佳,其接触角为64.1°,吸水率为10.3%,拉伸强度为52.7MPa,断裂伸长率为444%。通过热重分析仪和动态热机械分析仪测试胶膜的热性能,结果表明PPG-3的加入有利于提高SWPU的热稳定性和玻璃化转变温度。

介绍了一种缠绕成型用中温固化增韧环氧树脂体系的工艺性能及其芳纶纤维复合材料力学性能。对树脂进行理化性能分析,确定预浸料固化工艺参数,采用热熔法制备了中温固化增韧环氧树脂芳纶纤维单向预浸料,通过热压罐工艺固化成型复合材料层合板,并进行性能测试。结果表明,纤维和树脂界面相容性好,中温固化增韧环氧树脂/芳纶纤维复合材料压缩强度和层间剪切强度比同类芳纶纤维复合材料高,复合材料耐低温和湿热性能较好。

采用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和动态接触角等方法对比解析了TZ700S、SYT49、HF30S、ZT7H和T700S这5个牌号的T700级碳纤维的表截面理化结构及其对碳纤维的环氧树脂浸润性的影响。结果表明:5种碳纤维的截面形貌均为近圆形,仅ZT7H的表面具有沟槽结构、其余4种均为光洁表面;表面O/C值的大小排序为CF_SYT49>CF_HF30S>CF_TZ-700S>CF_T700S>CF_ZT7H,分布在0.267～0.289之间;在60℃下的E51环氧树脂/酸酐固化剂体系的动态前进角大小为CF_SYT49<CF_HF30S<CF_TZ-700S<CF_ZT7H<CF_T700S,接触角分布在63.51°～66.52°之间,4种国产T700级碳纤维表现出较日本东丽公司T700S碳纤维更小的接触角,树脂的浸润性更优。

采用一锅法,以抗坏血酸为还原剂,制备了金属银纳米粒子负载高稳定性UiO-66的金属有机框架(MOFs)基复合催化材料,并研究了不同还原剂对其形貌的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂的结构进行了表征。将复合材料用于罗丹明B染料的光催化降解和催化CO₂与环氧的环加成反应,结果表明合成的纳米银颗粒负载UiO-66复合材料具有较好的光催化活性,并且在环氧氯丙烷与CO₂的环加成反应中具有优异的催化性能。

太阳能光热产汽技术在海水淡化方面有着巨大的发展潜力和广阔的应用市场。介绍了一种黏土基光热材料的制备方法,将甘肃临泽的低品位凹凸棒(ATP)原矿经简单的分离提纯后与壳聚糖溶液复合,并加入戊二醛使其凝胶化,冷冻干燥干燥后通过火焰处理使其表面碳化,得到ATP基壳聚糖气凝胶光热材料(FACS)。该材料具有孔道开阔、表观密度低(0.0326g/cm^-3)、绝热性好[导热系数0.0218W/(m·K)]、自浮、超亲水、吸光率高(约90%)等优点,在1个太阳光照度下的转换效率高达86.32%。FACS具有成本低、制备简单、可扩展、太阳能转换效率高等优点,有望成为一种具有实际太阳能产汽系统应用潜力的高效光热材料。

为了提高稀土铝酸锶—SrAl₂O₄:Eu²⁺,Dy³⁺(SAOED)的耐水性能,通过液相沉积法制备了不同CaF₂包覆量的SAOED。对包覆前后样品的微观形貌、物相结构、发光性能以及耐水性进行了研究。结果表明:经由CaF₂包覆后的SAOED表面粗糙,有颗粒沉积的现象,包覆工艺及CaF₂包覆层未改变SAOED的物相结构和光谱特性,包覆前后,SAOED的激发和发射光谱的峰型一致,CaF₂包覆未改变SAOED的发光中心;通过余辉测试发现CaF₂包覆量与SAOED的余辉性能呈负相关;CaF₂包覆后的SAOED耐水性显著提升,耐水性能与包覆量呈正相关。包覆量为8%的样品兼备良好的耐水性及发光性能。

采用高温固相法制备了系列新型荧光粉掺钐的硼磷酸镉(Cd_3-xBPO₇:Sm³⁺_x,x=0.001～0.03),借助扫描电镜、X射线粉末衍射仪和荧光光谱仪对样品的形貌、晶体结构、发光性能等进行表征,并利用Rietveld方法对其结构进行精修。结果表明,样品Cd_2.99BPO₇:Sm³⁺_0.01晶粒尺寸为l00μm左右,各元素分布均匀,其Rietveld结构精修图与实测XRD谱图完全吻合,具有正交晶系结构。当Sm³⁺掺杂浓度达到1%(摩尔分数)时,发光效果最好。随后,随着Sm³⁺浓度的继续增大,发光强度减弱,这可能是因为发生了浓度猝灭现象,是由于电偶极-电偶极相互作用导致。此外,通过CIE1931软件计算了Cd₃BPO₇:Sm³⁺的色坐标,发现均落在橙红色发光区域。Cd_2.99BPO₇:Sm³⁺_0.01色纯度约为92.7%,相关色温为1738K。该系列荧光粉在404nm处可被有效激发,是一种极具应用前景的新型白光LED用橙红色荧光材料。

利用微乳液水热法降低反应能,在透明导电玻璃衬底上低温合成出金红石相TiO₂纳米棒阵列。利用X射线衍射、扫描电镜、紫外-可见光、阻抗谱等手段对样品进行结构形貌表征和光电化学性能测试。结果表明:微乳液体系的加入可有效地降低体系表面能,诱发前驱物发生水解缩聚反应,促进TiO₂晶粒在溶液-液相-固相三相界面成核和生长,实现低温80℃直接在基底表面生长TiO₂纳米棒阵列。同等条件下相比常规水热法,该方法制备TiO₂纳米棒阵列相比于传统水热法在同一反应温度下具有更低的反应能且阵列形貌更优,显示出良好的应用前景。

采用SiC微粉和聚氨酯对环氧树脂进行增强、增韧改性,研究SiC微粉和聚氨酯掺量对环氧树脂力学性能和抗冲蚀磨损性能的影响。实验结果表明,SiC微粉的掺入在一定程度上提高了环氧树脂试样的拉伸强度、冲击韧性和邵氏硬度,而聚氨酯的掺入降低了环氧树脂的拉伸强度和邵氏硬度,但提高了其冲击韧性;SiC微粉和聚氨酯P24F协同改性,使环氧树脂试样的最大冲蚀率出现角度由60°下降到45°,表现出半塑性材料的冲蚀特性;在不同冲蚀条件下,当SiC微粉掺量为5%、聚氨酯P24F掺量为12.5%时,改性环氧树脂的冲蚀率均最低,表现出良好的冲蚀抗力。

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚碳酸酯二醇(PCDL)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、异甘露醇(IMT)、1,4-丁二醇(BDO)和自制含氟二元醇(FDOH)为主要原料合成了异甘露醇改性水性含氟聚氨酯(WFPU-IMT)。采用红外光谱(ATR-FTIR)和核磁氢谱(¹H-NMR)对其结构进行表征。探究了异甘露醇对涂膜的接触角、耐水性、透光率、热稳定性、力学性能等的影响,结果表明:水性含氟聚氨酯体系中引入异甘露醇,明显地改善了涂膜的耐水性和透光率,所制备涂膜的热稳定性和力学性能良好。当IMT含量为1.90%时,涂层厚度为3mm时,其在550nm处的透光率高达95%。

采用水溶液聚合法,以海藻、丙烯酸为原料,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过硫酸钾为引发剂,制备高吸水性新型海藻生物保水剂,用红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对产物进行表征,并对产物的吸水及保水性能进行研究。结果表明,当海藻与丙烯酸质量比为3:1,引发剂投加量为1.1%,交联剂用量为0.15%,丙烯酸中和度为70%时,合成的海藻生物保水剂在去离子水中的吸收倍率为600g/g,此时产物的吸收效果达到最佳。FT-IR与SEM分析结果表明,海藻和丙烯酸都参与了聚合反应,产物具有较好的空间网络结构与表面形态。在自然条件下,保水剂吸水8h后趋于饱和,且具有一定的保水性能。8次吸水干燥后,吸水倍率仍能达到初始吸水倍率的85%以上,说明该海藻生物保水剂具有反复利用的价值。

采用湿法纺丝合成新型沙柳木粉(SPP)/聚乙烯醇(PVA)水凝胶复合膜(SPPM)。研究凝固浴时间、硫酸浓度对SPPM吸附Hg²⁺吸附量与力学性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、比表面积和平均孔径、红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)等手段分析SPPM的结构和吸附机理;采用热重(TG)对SPPM的热性能进行分析。结果表明:凝固浴时间为1h,H₂SO₄浓度为7%时最佳,吸附量为421mg/g。SPPM具有较好的孔道结构,吸附性能良好且可重复利用5次以上,并具有较大的比表面积以及良好的热稳定性。SPPM的Hg²⁺吸附过程符合伪二级动力学模型和Freundlich等温线模型。

以碱式醋酸锌和钛酸四正丁酯分别为锌源和钛源,采用溶胶-凝胶过程合成了具有蘑菇形状分级结构的ZnTiO₃/TiO₂复合光催化剂,并应用XRD、FT-IR、FESEM和光电流等分析技术,考察了锌-钛比例、煅烧温度对所合成光催化剂的形貌、微结构及光电特性的影响。当样品锌-钛物质的量比为1:3,煅烧温度为500℃时,催化剂粒子呈现多孔或中空的蘑菇形状,微米尺寸的蘑菇状催化剂由纳米尺寸的ZnTiO₃和TiO₂晶体构建。对亚甲基蓝溶液的光催化降解实验表明,该复合光催化剂具有较高的活性,紫外光照30min内,亚甲基蓝的降解率达96%。

利用化学浴沉积法合成的ZnO为前驱体,并加入不同含量的氧化石墨烯(GO),再采用经过300℃氮气氛围煅烧法,最终得到ZnO-热还原氧化石墨烯复合物(ZnO/RGO)。对合成样品进行一系列分析测试,并测试了样品的光催化性能。结果表明:掺杂0.8%-RGO的ZnO/RGO(ZRG)复合物的光催化活性最高,可见光照4h对亚甲基蓝(MB)的降解率达到87.7%。同时,探讨了不同条件下对光催化降解亚甲基蓝(MB)的影响,通过捕获剂实验表明,光催化降解MB的活性物种主要是超氧自由基O^-₂·和空穴h⁺。

以甘蔗渣为原料,采用均相接枝共聚制备了甘蔗渣纤维素/甲基丙烯酸甲酯(MMA)接枝共聚物,考察了接枝共聚物作为吸油材料的保油性能并对吸附条件进行了优化,研究了用质量分数1% NaOH预处理后的甘蔗渣纤维素在离子液体中的溶解过程以及接枝共聚物的吸附机理和吸附动力学。结果表明,甘蔗渣纤维素在离子液体中的溶解是非衍生化的直接溶解;在温度15℃、振荡频率96r/min的条件下,甘蔗渣纤维素/MMA接枝共聚物对机油的吸附量最高可达27.51g/g,保油率最高可以达到80.90%。甘蔗渣纤维素/MMA接枝共聚物的吸附行为更适合用准二级动力学吸附方程描述,且吸附属于化学吸附。

分别采用氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、氧化锌(ZnO)与丙烯酸(AA)原位生成丙烯酸盐改性氢化丁腈橡胶(HNBR),研究不同金属氧化物对原位生成技术改性HNBR的影响。采用傅里叶红外光谱分析3种原位生成不同丙烯酸盐改性HNBR的结构;采用扫描电子显微镜观测丙烯酸盐在HNBR中的分布;并采用平衡溶胀法表征了未改性HNBR与3种改性HNBR的总交联密度、共价交联密度与离子交联密度,并对比其力学性能。结果表明:原位生成丙烯酸盐在HNBR中产生的离子键与过氧化物引发的共价键协同作用,形成“离子型共价键合”使HNBR性能得到很大程度的提升;不同金属氧化物与HNBR相容性的差别影响了丙烯酸盐在基体中的含量与分散,导致离子交联密度不同,继而影响复合材料的力学性能;原位生成的3种丙烯酸盐中,丙烯酸锌(ZnDA)对HNBR的改性效果最好,在基体中分散均匀,相容性好,离子交联密度与总交联密度最高,力学性能最好;丙烯酸镁(MgDA)次之;丙烯酸钙(CaDA)最差。

为提升沥青的综合性能,采用废食用油对废胶粉进行活化处理,复配丁苯橡胶(SBR)制备复合改性沥青。采用响应面法中的Box-Behnken设计方法,分别对不同掺量废食用油、废胶粉、SBR制备的复合改性沥青进行三大指标和135℃旋转黏度性能测试,利用灰关联分析对沥青的性能进行综合评价,建立关联度的响应面数学模型,得出各改性剂的最优掺量。结果表明,选用响应面法-灰关联分析可以很好地对沥青改性剂的掺量进行优化;当废食用油掺量为10%、废胶粉掺量为10%、SBR掺量为5%时,制得的复合改性沥青综合性能最优,且关联度的预测值与实际值相对误差仅为2.45%,拟合程度较高。

为了寻求一种良好的真空轴承润滑方式,将六方氮化硼(h-BN)纳米颗粒作为全氟聚醚(PFPE)基润滑脂添加剂,制备PFPE/h-BN纳米颗粒复合润滑脂,对比测试国内外三种真空润滑脂的滴点、腐蚀和蒸发量等性能参数,通过表面织构技术对轴承材料表面进行处理,并利用摩擦磨损实验,综合考察了PFPE/h-BN纳米颗粒复合润滑脂在不同织构表面的润滑性能。结果表明,PFPE/h-BN纳米颗粒复合润滑脂有利于提高真空轴承的润滑性能,轴承材料表面织构处理后,提高了复合润滑脂摩擦磨损实验的稳定性,且降低了摩擦系数。

以固废物煤矸石(CG)为载体,以Ti(SO₄)₂为钛源,采用水热法制备煤矸石负载型二氧化钛(TiO₂/CG),并通过淀粉(St)对TiO₂/CG进行表面改性,得到TiO₂/St/CGTiO₂/St/CG复合高分子材料,用于处理含酚废水。利用扫描电镜和红外光谱对产物的组成和微观形貌结构进行表征。以苯酚为目标污染物,考察TiO₂/St/CG投加量、苯酚初始pH、反应时间、苯酚溶液初始浓度和反应温度对苯酚去除率的影响,研究反应动力学规律。结果表明:TiO₂以锐钛矿的形式被负载于煤矸石表面,通过淀粉与TiO₂之间形成的C—O—Ti键,实现了淀粉对其表面改性。当TiO₂/St/CG用量为2g/L、反应时间为60min、反应温度为30^oC、苯酚初始浓度为20mg/L、苯酚初始pH为5,苯酚去除率达到64%。伪二级动力学模型拟合相关系数在0.99以上,能很好地描述苯酚在材料上的吸附行为。

通过溶胶-凝胶法制备了Bi₂₀TiO₃₂/蒙脱石复合材料(Bi₂₀TiO₃₂/MMT),采用多种手段对其结构、形貌、化学成分和吸光特性进行了表征,研究了在不同条件下对甲基橙的光催化降解,并通过自由基掩蔽试验提出了相应的光催化机制。结果表明:Bi₂₀TiO₃₂/MMT中Bi₂₀TiO₃₂结晶性良好,禁带宽度为2.41eV,对甲基橙的光催化降解受pH、溶液初始浓度和材料投加量影响;在pH为3、溶液初始浓度为20mg/L、Bi₂₀TiO₃₂/MMT投加量为0.50g/L的条件下,所制备的Bi₂₀TiO₃₂/MMT具有较高的光催化活性,光照120min后甲基橙脱色率能达到98.25%,并且在光催化反应中起主要作用的活性物质是超氧自由基和空穴。

采用阳离子聚电解质聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)和硅烷偶联剂(KH550)对钙基膨润土进行改性,得到有机改性膨润土。研究发现,PDMDAAC和KH550成功负载在膨润土表面,其结构没有发生改变。以苯酚为吸附对象,采用该有机改性膨润土对其进行模拟吸附,当有机改性膨润土的投加量为2g/L,吸附时间20min,pH=7,温度30℃时,苯酚废水去除率高达87%。有机膨润土吸附苯酚符合Langmuir等温吸附模型,为表面化学吸附过程。

石化行业及生产生活中不可避免的排放挥发性有机物(VOCs),油气是常见的VOCs来源,其主要轻质组分是己烷。吸附法是常见的去除VOCs的方法,成本低效率高。为了提升吸附剂的吸附效率,使用溶剂热法制备了UiO-66和UiO-66-NH₂,并使用苯甲酸进行缺陷合成改变其孔结构与比表面积,并对其进行了77K氮气(N₂)、273K CO₂吸附测试,通过X射线衍射、扫描电子显微镜以及热重分析等手段进行表征分析。在30℃、80℃、120℃这3个典型温度下进行正己烷吸附测试及耐久性测试。结果表明:所制UiO-66的BET比表面积可高达1688.57m²/g,1:20当量苯甲酸改性UiO-66吸附容量高达4.47mmol/g,且具有优秀的稳定性。随着温度变化,不同孔径分布在不同温度环境下的吸附剂性能衰减不同。

通过“碱溶-活化-水热”三者联用在低于100℃,制备出从微孔到大孔的宽范围粒径分布,表面富集含氧基团、孔隙发达的多孔吸附剂。将其用于水体铜离子的吸附,最佳吸附时间为180min;吸附剂在弱酸至碱性条件下的吸附能力较强。当铜离子溶液pH接近中性时,该吸附剂对铜离子的去除率达98.97%。铜离子溶液pH大于6时,几乎可全部去除溶液中铜离子。疏浚底泥活化吸附剂的吸附过程符合准二级吸附动力学,是以化学吸附作为主导地位的吸附过程。吸附过程的作用力是氢键力和偶极作用力为主,熵值增大的自发过程。

采用浸渍-煅烧法制备Cu/MgAlO,利用扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、比表面积测定仪、X射线衍射仪对其进行表征,并用Cu/MgAlO催化过硫酸氢盐(PMS)对橙黄Ⅱ进行催化降解,探索橙黄Ⅱ浓度、Cu/MgAlO投加量、PMS投加量、溶液初始pH、温度、常见离子和水质条件的影响。结果表明:当溶液初始pH为7,温度为25℃,Cu/MgAlO和PMS的浓度分别为0.1g/L和0.5mmol/L时,20mg/L橙黄Ⅱ反应30min后降解率可达94.4%。H₂PO^-₄对降解有抑制,而Cl^-促进降解。自由基猝灭实验结果表明,SO^·-₄在橙黄Ⅱ降解中贡献最大。

采用液相还原法制备纳米零价铁,使用质量分数为1%的壳聚糖对纳米零价铁进行改性,制备壳聚糖负载纳米零价铁吸附剂。考察pH、温度、吸附剂用量、吸附时间对Cr(Ⅵ)吸附性能的影响。再进行正交试验,探究吸附剂对Cr(Ⅵ)的最佳吸附条件。使用X射线衍射仪、扫描电镜、红外光谱对吸附剂进行表征。结果表明:吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件是pH为3,温度为45℃,吸附剂用量为0.4g/L,吸附时间为10min。此条件下对Cr(Ⅵ)的去除效率达99.6%;各因素主次关系为pH>温度>吸附时间>吸附剂用量。吸附动力学符合二级动力学方程,吸附等温模型符合Langmuir等温模型。

非酶电化学传感器因其灵敏度高、稳定性强、价格低廉等优点受到广泛关注,将非酶电化学传感器应用于葡萄糖浓度的检测对于医疗健康具有重要的意义。三维过渡金属电极材料具有独特的网络结构,能够提供足够的催化活性位点和扩散通道,确保了电极的灵敏度和稳定性。综述了常见三维过渡金属电极的类型、特点及其在非酶葡萄糖电化学传感器中的应用。最后,对非酶葡萄糖电化学三维过渡金属材料面临的挑战和未来的发展方向进行了展望。

高分子材料3D打印技术已在医疗、航空航天、工业制造等领域崭露头角并创造了巨大的经济价值和社会效益。通过综述大量的文献,主要介绍了几种常见高分子3D打印技术的工作原理、优缺点以及应用状况,最后展望了未来高分子材料3D打印技术的发展趋势。

以天然高分子壳聚糖纤维为原料,制备了载银壳聚糖复合抗菌纤维,采用扫描电子显微镜、X射线能量色散谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪对复合抗菌纤维的形貌及结构进行了表征,探讨了吸附过程的动力学及热力学特性,并测试了复合抗菌纤维的抗菌性能。结果表明,银离子能够负载到壳聚糖纤维表面,吸附过程符合准二级动力学模型,可用Freundlich吸附等温线拟合,属于既有物理吸附也有化学吸附的自发放热反应,最佳吸附时间为60min,吸附平衡时间为180min,理论饱和吸附量为162.34mg/g,最佳反应温度为30℃,最佳pH=6。复合抗菌纤维抗菌性能良好,18h对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌抑菌率可达100%。

聚乙烯醇(PVA)及其复合材料以无毒、良好的溶解性和可生物降解等优点而备受关注,已广泛应用于航空航天、环境和建筑工程领域。PVA气凝胶将PVA的优势特点与气凝胶本身的比表面积大、高孔隙率、低密度、低热导率等优异性能有效地结合起来,具有广阔的应用前景。主要总结了近年来PVA气凝胶在阻燃、吸附等方面的改性研究及应用探索,分析了PVA气凝胶存在的主要问题,并对其未来发展进行了展望。

近年来,以二硫化钼(MoS₂)为代表的二维过渡金属硫化物在生物医学领域得到了广泛的应用,MoS₂有望作为基础材料用于发展癌症的多模式治疗。通过表面改性后的MoS₂基纳米复合材料使多功能医疗系统成为可能。首先对二维过渡金属硫化物的表面改性方法包括物理吸附和化学键合进行简单介绍。而后对基于MoS₂的纳米复合材料在癌症光热疗法、化学疗法、基因疗法等单一治疗策略及多种方法联合治疗中的研究现状进行系统性总结,并对其进行生物安全性评价。最后对未来的发展方向进行展望。

为了更有效地回收挥发性有机化合物(VOCs)中的苯系物,并满足日趋严格的VOCs排放标准,开发了一种用于吸附回收苯的新型吸附材料。对原料硅胶进行表面化学改性,在硅胶表面接枝,形成络合π键的苯官能团。通过正交试验分析,以疏水指数和静态苯蒸汽吸附量为评价指标,确定了两种改性疏水硅胶的合成配方。对改性疏水硅胶进行苯吸附等温线、表面官能团表征及吸脱附性能的测定,研究对比了改性疏水硅胶与原料硅胶、以及现场在用活性炭对苯的吸附性能。结果表明:改性疏水硅胶对苯蒸汽的吸附量比活性炭更大,且可重复使用。

氢能及氢燃料电池是我国当前重点发展的技术之一。经济且安全的储氢压力容器是推动氢能产业走向产业化、实用化的关键。国外的塑料内胆碳纤维全缠绕复合气瓶技术已基本成熟,但国内对此研究较少。塑料内胆在35～70MPa的高压氢环境中,与氢气的相容性、抗氢气渗透性及抗老化性能是内胆材料考虑的关键因素。简要介绍了国外对内胆材料的品种选择及相关性能研究的研究进展。

以天然小球藻为基体,以过硫酸钾为自由基引发剂,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,在水溶液中通过单体丙烯酸在小球藻表面接枝,合成了杂化高吸水性复合材料(Chlorella@PAA)。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材料结构进行表征。考察单体与小球藻的质量比、单体中和度、引发剂和交联剂的用量等因素对Chlorella@PAA复合材料溶胀性能的影响。结果表明,该复合材料的溶胀及消溶胀行为依赖于温度和盐溶液浓度。此外,该复合材料具有良好的吸水保水性能,在工业或农业领域有广阔的应用前景。

当前航空复合材料加筋结构的捻子条大部分为人工制造,然后装入模具在热压罐中热压成型,存在尺寸精度低、尺寸均匀性差、成型工序多、效率低等缺点。由于树脂体系、树脂含量不同,对拉挤成型的捻子条填充量和预热温度有不同的工艺参数要求。通过对T700/QY9611双马来酰亚胺树脂体系的预浸料在不同材料填充量、材料预热温度工艺参数下,使用芯材填充设备自动化生产出的捻子条与手工制作的捻子条进行对比,并填充到T型试验件中,通过拉力机测试拉伸时最大破坏载荷值,研究自动化生产的捻子条与手工制作的捻子条在复合材料加筋结构对力学性能的影响,最终确定捻子条使用自动化设备生产优于人工制造,可在批量生产中推广应用。

采用喷涂法,将硅藻土和纳米氧化铝经十六烷基三甲氧基硅烷修饰后,加入树脂液配制成喷涂液涂覆在多种基底表面,经固化后,可获得表面水静态接触角高达163.4°的超疏水表面。该涂层具有优异的拒水、耐腐蚀、减阻、油水分离、表面自清洁性及抗覆冰性能。在防水自清洁纺织品、金属表面的防腐、流体机械的减阻及电力网络的防覆冰领域均有一定的应用前景。

概述了注浆技术的发展及其应用研究现状,介绍了常见防渗堵漏类和补强加固类的注浆材料。简述了注浆材料浆液分类、特点及应用,提出了化学注浆材料研究存在的问题,并探讨了注浆技术的发展策略。最后,对今后化学注浆材料的发展进行展望。

玻璃纤维是一种无机非金属纤维材料,具有耐热、耐化学稳定性和机械性能好等特点。采用连续拉丝工艺生产的玻璃纤维棉毡呈三维杂乱网状结构,孔隙率高,可作为过滤、吸音、保温、增强等材料使用。但是玻璃纤维棉毡存在蓬松性差、容重大的问题,而熔喷非织造材料也存在相同的问题。为了改善熔喷非织造材料的蓬松性,将短纤维作为插层结构引入到熔喷非织造材料中,形成高蓬松性和高孔隙率的插层熔喷非织造材料。插层熔喷非织造材料整体为“Z”型结构,具有优良的吸音、保暖和过滤性能。相应的短纤插层技术可以引入到玻璃纤维棉毡工艺中,进一步改善玻璃纤维棉毡的性能。

木塑复合材料(WPC)由于其绿色环保以及良好的应用性能被广泛使用,但由于阳光、湿度、温度、微生物腐蚀的综合作用导致植物纤维和塑料基质会发生分解、断链、热解等变化,从而造成木塑复合材料老化,导致复合材料表面劣化、褪色以及力学性能下降,严重限制其使用寿命。颜料是木塑复合材料成型过程中重要的助剂之一,对木塑复合材料的综合性能有较大的影响。通过对木塑复合材老化的机理和老化类型进行介绍,重点综述了添加颜料对木塑复合材料耐老化性能的影响情况。

粘土类矿物的硅藻土是制备吸附剂的理想材料,对各类污染物有较好的吸附作用,并具有独特的优势。对硅藻土的改性方法进行了归纳,并总结了硅藻土对重金属、磷酸盐、放射性元素和有机染料的吸附特性,明确了硅藻土在污水处理中的应用价值,最后指出了目前研究中存在的不足和今后的发展方向。

铅离子废水作为国家标准标定的一类污染物,当其浓度过高或流量过大时,在不引入其他无机化学介质改变原有水质环境的条件下,处理难度徒增,短时间内难以达到排放标准。采用连续多级聚合物吸附策略来处理高浓度铅离子废水,选用马来酸酐为亲水性功能性单体,又引入苯乙烯作为疏水基团来调节整个聚合物链的亲疏水性,进而控制整体聚合物的亲疏水性质,调节其对铅离子的敏感性,实现聚合物在不同金属离子浓度下聚沉。制备了两种苯乙烯-马来酸酐共聚物(1:1和3:1,摩尔比)和苯乙烯-马来酸酐聚合物微球,在不加入任何其他小分子化合物的前提下,依次处理1000mg/L铅离子废液,最终可将其浓度降至0.7mg/L,达到国家排放标准,并对3种苯乙烯-马来酸酐聚合物材料对铅离子的吸附动力学和吸附热力学进行了研究,明确了其吸附机理,最终为苯乙烯-马来酸酐共聚物连续多级处理高浓度铅离子废水的应用和推广打下坚实的基础。

综述了改性硅藻土在吸附催化处理有机污染物方面的进展和研究成果。文献研究表明,硅藻土在经过有效改性后可大大提高孔径、孔隙和比表面积,增加吸附位点,从而大大提高硅藻土对有机污染物的吸附催化效率。改性硅藻土对很多有机污染物(例如亚甲基蓝、刚果红、苯酚、甲醛等)都有良好的吸附或降解效果,且部分研究成果已经实现产业化,在日常生产生活中起到重要作用。