随着复合材料在各领域的广泛使用,废弃碳纤维复合材料的回收与再利用成为了当前必须面对的问题。在梳理前人相关研究的基础上,基于碳中和视角,归纳了碳纤维复合材料的回收技术,主要突出了化学裂解法通过可控调节,实现降解过程的低碳循环利用,并为后续的研究提供了新方向。

层状双金属氢氧化物(LDHs)是一种新型高分子材料,具有较高的比表面积、较强的气体吸附性能和稳定的层状结构,在阻燃领域受到较高的关注。介绍了LDHs材料的结构组成及制备方法,对比分析了LDHs单相阻燃、改性阻燃和复配阻燃这4种阻燃方式,阐述了LDHs材料的阻燃性能表征,并对其研究方向和应用前景进行了展望。

水滑石和类水滑石及其插层材料统称为水滑石类材料(LDHs),是一种低成本、无毒、热稳定性高和环境友好型的新型无机纳米材料。综述了LDHs的金属阳离子改性、阴离子改性以及表面改性研究进展,介绍了不同改性方法对LDHs结构和性能的影响。最后,指出了目前LDHs研究中存在的局限性,并展望了未来LDHs的研究重点和发展方向。

海泡石存在吸附效率低、难以重复使用和不易回收等问题,限制其在环境保护中的应用,而海泡石改性材料因其优异的吸附性能、化学稳定性在环境保护领域受到广泛关注。通过改性其对重金属离子和有机化合物具有良好的吸附能力,对空气中可挥发性有机物的分解也有较强的催化能力,且解决了传统复合材料回收难和造价高的问题。介绍了海泡石的各类改性方法,综述了改性海泡石基复合材料在环境保护中的应用并分析总结其优点及可能存在的问题,同时对海泡石改性材料的应用研究提出展望。

近年来,油水分离技术不断进步,其中重力驱动过滤技术以油和水不混溶的特点可以快速的分离这两种液体,并且与其他需要能源的传统方法相比,这种方法更具有经济效益。但是,由于乳液体系比较稳定,且乳液的液滴尺寸更小,增大了分离难度。为了实现重力下的分离,乳液分离材料应该具有较高的孔隙度和合适的孔径,还应对乳液中的油相或水相具有特殊的润湿性。本文介绍了不同的乳液分离材料和影响乳液分离的因素,并且介绍了相应的修饰技术以及功能化策略,指出重力过滤下乳液分离膜的问题,并对其发展方向进行了展望。

化石基胶粘剂污染环境并会对人体产生危害,淀粉基胶粘剂作为一种低碳绿色环保的生物质胶粘剂成为研究热点。介绍了近几年淀粉基胶粘剂的改性方法,包括氧化、酯化、交联、接枝共聚和醚化等,综述了淀粉基胶粘剂在木材加工、医药、纺织、建筑和纸基材料等领域的应用研究现状,并对其未来发展进行了展望。

近年来,生物智能传感技术的发展和应用已经渗透到我们的生活中。但是,低机械性能,不灵活的信号传输和不灵敏的信号输出限制了它们作为传感器的发展。为了应对这些挑战,MXene由于其高电子迁移率和纳米片间能量存储的特性而被引入聚合物水凝胶中。同时,它还赋予水凝胶优异的力学性能,从而受到人们越来越多的关注。综述了基于MXene聚合物复合水凝胶的种类及其在传感器、超级电容器、抗菌敷料等方面的应用。

有机小分子石墨烯(RGO)异质结是极具潜能的功能化材料,在具备石墨烯高比表面积特征的同时,良好的物理化学性能也得到了针对性的优化,从而在更多领域得以应用,因此有机小分子石墨烯异质结备受关注。综述了3种有机小分子石墨烯异质结的制备方法,包括羧基化石墨烯(G-COOH,CG)、磷酸化石墨烯(PG)及磺酸化石墨烯(G-SO₃H,SG)。简要介绍了有机小分子石墨烯异质结材料在吸附、催化、防腐涂层、燃料电池等领域的应用近况,对有机小分子石墨烯异质结的发展方向进行了展望。

随着人类生活对储能器件的需求日益强烈,如何高效进行能源转化存储和利用成为重要的技术难题。电极材料是对储能装置的性能影响最大的部分,在碳基材料、导电聚合物、金属氧化物中,金属氧化物由于具有高比电容、高能量密度而备受关注。但研究发现单一的金属氧化物电极材料的电化学性能并不十分优异,研究者们常常对金属氧化物进行改性来提升其储能性质。鉴于此,主要针对构建复合电极材料、多元电极材料、杂化金属氧化物等常用的金属氧化物改性研究进展进行总结,旨在为设计优异电化学储能性能的金属氧化物电极材料提供方向。

综述了相变材料的分类及其蓄热性能,归纳了常见的相变材料与传统建筑材料的结合方式及相变建筑材料的制备方法,介绍了相变建筑围护结构的典型构造和应用。针对相变建筑围护结构的传热特点,阐述分析非线性相变过程常用的数值模拟方法的研究现状,指出目前数值模拟方法的不足及分析软件有待完善的模块,并对今后的研究方向和应用前景进行了展望。

高镍三元镍钴铝LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂(NCA)三元正极材料由于具有循环寿命长、能量密度高、环境污染少等优点,被认为是最具潜力的锂离子动力电池正极材料之一。然而,当镍含量较高(Ni≥80%)时,三元NCA正极材料在充放电过程中的阳离子混排和不可逆相变等问题会加剧,表现出结构不稳定和容量衰减。此外,电动汽车等行业对于三元锂离子电池的高容量也有更高的追求。鉴于此,综述了近年来高镍三元正极材料NCA的最新研究进展,并对未来趋势做了展望。

随着化工、能源、环境等行业的发展,纳米催化剂受到越来越多的关注。尤其纳米TiO₂因具有优异的环境相容性、稳定的理化性质而被广泛应用于各行业,成为目前最具前景的“绿色”催化剂。该催化剂有颗粒状、棒状、片状、球状等多种形貌,其暴露晶面、活性位点数量受形貌的影响,继而影响其催化效率。综述不同形貌TiO₂的合成方法及影响因素,总结其在催化降解有机污染物及脱除烟气中NO_x的应用,发现中空结构的TiO₂纳米管无论是作为活性中心还是为载体,在去除环境污染物的过程中都表现出较好的催化性能,最后展望了未来纳米TiO₂在脱除挥发性含硫有机污染物中的应用及其形貌影响催化性能的机理研究。

吸附法作为废水处理领域常用的方法,因其操作简便、适用范围广、处理效果较好成为近年来研究的热点,特别是针对某些矿物类物质、工业废渣以及生物类,通过对其进行改性,达到废水除酚的目的。重点研究了这3种改性吸附剂的特点,总结了改性前后对对硝基苯酚(PNP)的去除效果,最后对改性吸附剂去除废水中PNP的发展进行了展望。

利用原位合成法制备了磷酸银-聚醚砜复合膜材料,通过扫描电镜对复合膜材料表面形貌特征进行了分析。在吸附实验中,通过改变复合膜的吸附条件:磷酸银用量、吸附接触时间、吸附温度、待吸附溴离子溶液的初始pH,探究其对复合膜吸附水中溴离子性能的影响,同时对该吸附过程进行了吸附动力学的分析。结果表明:该复合膜材料对水溶液中的溴离子具有较高的吸附量和吸附率。当m(Ag₃PO₄)/m(PES)的值(质量分数)为0.5,吸附时间为6h,吸附温度为25℃、溶液初始pH为7时,复合膜材料对水中溴离子的吸附性能较好,优化条件下,复合膜对水溶液中溴离子的吸附量最高可达57.23mg/g,吸附率最高可达88.04%。复合膜吸附水中溴离子过程与准二级动力学模型相符,且拟合值可达0.99。

以氧化铜箔为衬底,并在氮气条件下加热退火来钝化铜箔表面的有利形核位,利用低压化学气相沉积法制备大晶畴、高质量的石墨烯薄膜,随后采用转移/叠加技术制备出了不同层数的石墨烯透明导电薄膜,研究层数对其光电学性能的影响。结果表明,石墨烯晶畴的尺寸达到了650μm,平均生长速率高达43.3μm/min;在550nm处,单层石墨烯透明导电薄膜的透光率为94.3%,方阻为678Ω/□;随着层数的增加,石墨烯透明导电薄膜的透光率和方阻均线性递减,当层数增大到5时,其透光率降低至80.1%,方阻则降至约287Ω/□;这种变化规律与石墨烯特殊的价键结构有关。

以聚烯烃弹性体(POE)为支撑框架,棕榈酸(PA)为热能存储单元,中空介孔二氧化硅微球(SiO₂)为定形增强剂,制备了一系列POE/PA/SiO₂定形相变材料。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪和差示扫描量热仪等对样品的形貌、结构、热性能进行表征。结果表明:SiO₂的加入有效提高了定形相变材料的结构稳定性,且当SiO₂质量分数增加到5%时,封装效果最优,熔融结晶焓分别为143.9J/g和147.6J/g;经过多次冷热循环测试材料依然能保持较高的焓值,说明该定形相变材料具有良好的热循环耐久性。

碳基气凝胶具有优异的电学性能,使其获得优异的回弹性能可以扩展其在压阻传感器领域的应用。通过定向冷冻干燥法制备了具有单向取向结构的碳纳米管(CNT)/聚乙烯醇(PVA)气凝胶,并通过化学气相沉积法对其进行了表面硅烷改性使其获得优异的压缩回弹性能,从而制备出具有稳定压阻性能的CNT/PVA气凝胶。结果表明:CNT/PVA气凝胶具有显著的各向异性,在取向方向上的电导率为0.27S/m,比垂直于取向方向上高了80%。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)证实了硅烷对气凝胶表面改性成功。改性后气凝胶的热稳定性显著提高。经过5次压缩循环后,气凝胶在取向方向和垂直于取向方向上的压缩回线基本重合。CNT/PVA气凝胶展示出了稳定的压阻循环特性,且在垂直于取向方向上产生的电阻变化更为显著。

以降冰片烯单酐、呋喃、对氯硝基苯为起始原料,通过D-A反应、LiAlH₄还原、亲核取代和硝基还原四步法合成了一种新型含7-氧杂降冰片烯并降莰烷大体积结构的二胺单体,并通过该二胺与联苯四酸二酐(BPDA)缩聚制备了一种新型脂环族聚酰亚胺薄膜。结果表明,该聚酰亚胺材料具有良好的溶解性与疏水性。

分别选用过氧化氢和聚多巴胺(PDA)改性钛酸钡纳米粒子和多壁碳管(MWCNTs),以六亚甲基二异氰酸酯为“桥联剂”将改性钛酸钡和MWCNTs构筑成钛酸钡-多壁碳管(BTCN)复合粒子。研究了BTCN复合粒子对聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)基复合电介质热学性能、介电性能和导热性能的影响。结果表明,BTCN复合粒子并没有影响PMIA基复合电介质的热学性能,所制备的复合材料的玻璃化转变温度均超过275℃。同时,随着BTCN复合粒子含量的增加,PMIA基复合电介质的介电常数提升明显,当BTCN含量为10%(质量分数)时,PMIA电介质在10³Hz时的介电常数相较于纯PMIA提升了117%。此外,BTCN复合粒子的加入可有效改善PMIA基复合电介质的导热性,如含有10% BTCN复合粒子的PMIA基复合电介质的导热系数提升至0.62W/(m·K),相较于纯PMIA[0.23W/(m·K)]提升了169%,导热性能的改善可有效降低电介质内部热效应,避免热击穿的发生。

采用液相法合成Ag掺杂铁酸锌纳米颗粒(Ag@ZFO)气敏材料,并通过X射线衍射仪、X射线能谱仪、场发射扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对材料的组成、形貌及表面元素进行分析。分析结果表明,气敏材料含有面心立方Ag和尖晶石结构的铁酸锌(ZnFe₂O₄),焙烧温度升高导致产物粒径增大;Ag@ZFO存在一定的团聚,内部有明显孔隙。利用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)分散Ag@ZFO,并将分散溶液固定于锡掺杂玻璃表面制得气敏薄膜,在紫外-可见分光光谱仪中检测薄膜的光学气敏性能,确定了SDBS分散Ag@ZFO气敏薄膜的最佳制备条件:SDBS质量分数为2%、分散温度为35℃、分散时间1.5h、转速为1700r/min。室温下Ag@ZFO气敏薄膜对H₂S气体的灵敏度优于纯ZnFe₂O₄纳米颗粒,且有良好的选择性。

为探讨不同参数对层间混杂铺层靶板抗冲击性能的影响规律,通过实验验证数值模拟的可行性和数据的准确性,进而应用LS-DYNA软件展开不同铺层参数、不同冲击速度下,子弹侵彻玻璃纤维单向布和芳纶纤维单向布层间混杂靶板的有限元模拟。结果表明:45°/0°/-45°/90°铺设纤维层的靶板,其能量吸收值和弹道性能指数要高于0°/90°/0°/90°铺层的靶板;以玻璃纤维单向布作为着弹面,芳纶纤维单向布作为背弹面制作的靶板,其防弹效果优于单一纤维层铺设的靶板及其他层间混杂方式的靶板;冲击速度越大,靶板吸能越多,能量吸收率越低。

先后采用等离子体和丙烯酸(AA)蒸汽处理碳纤维织物(CF)得到表面含有活性基团的活性碳纤维织物(ACF),分别将聚吡咯(PPy)聚合沉积在CF和ACF表面上制备了复合电极,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外分光光度仪(UV)以及电化学工作站对复合电极的表面形貌、PPy分子构象以及所组成的超级电容器的电化学性能进行测试研究。结果表明:沉积在ACF表面上的PPy具有更为松散的形貌和更为优异的导电性,PPy与ACF之间结合力更强,由ACF/PPy为电极组成的超级电容器的电化学性能得到明显改善。有望为制备PPy复合电极提供新的思路和方向。

传统的导电聚合物由于灵敏度或拉伸性差不适用于柔性电子设备,而无机导电材料与有机聚合物的相容性难题,导致有机导电材料成为电阻应变传感器的核心。通过一步溶液法制备透明且可高度拉伸的聚合物电极,该电极可用于电阻应变传感器,且制备方法简单易操作。制备的聚合物电极可承受的拉伸应变>150%,电导率为 1.4×10^-4S/cm,在可见光谱范围内平均透射率>80%。应变传感器由导电聚合物电极制成,制备过程简单,成本低。组装后的应变传感器应变系数为1049.9,可用于检测应变≥0.5％的拉伸或压缩形变,稳定性和重复性高。

为提高沙柳的利用率,缓解废旧塑料和废旧橡胶对环境的污染问题,以沙柳木粉、再生高密度聚乙烯(HDPE)和废旧橡胶粉为主要原料,采用模压法制备木橡塑三元复合材料(WRPC),通过傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜对WRPC的结构和微观形貌进行表征,考察了增韧改性剂马来酸酐接枝乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA-g-MAH)对WRPC力学性能和热性能的影响。结果表明:EVA-g-MAH降低了木粉表面的极性,使其与HDPE和橡胶界面结合紧密,无空隙存在,提高了WRPC的静曲强度、拉伸强度和冲击强度;WRPC的弹性模量、动态热机械性能和耐热性能降低,热稳定性能有所提高。EVA-g-MAH加入量为2.5%(wt,质量分数,下同)时,WRPC的静曲强度、拉伸强度和冲击强度分别提高了11.17%、11.37%和52.62%;EVA-g-MAH加入量为10%时,WRPC的冲击强度提高了195.55%。

通过热重分析仪、硫化仪、力学性能和氧-乙炔烧蚀测试等方法,研究了氮化硼(BN)、硼粉(B)以及碳化硼(B₄C)3种耐热型硼系填料对芳氧基聚磷腈(PDPP)绝热层性能的影响。结果表明:PDPP绝热层烧蚀炭层不膨胀,且烧蚀炭层与基体层之间不易脱粘,具有优异的界面粘接性能;耐热型硼系填料能够显著提高PDPP绝热层的高温残炭值及改善其耐烧蚀性能;其中PDPP/B₄C绝热层的综合性能最佳,其拉伸强度为5.6MPa,断裂伸长率为211%,邵氏硬度为54HA,线烧蚀率为0.072mm/s。扫描电子显微镜分析表明添加耐热型硼系填料的PDPP绝热层形成的炭化层更加紧密,孔隙更小。

氧化钒晶体是锂离子电池材料之一,为提升氧化钒的锂离子电池容量和性能,通过水热法,分别用正硅酸四乙酯(TEOS)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)还原V₂O₅,制备低价钒氧化物,采用X射线衍射仪(XRD)确定低价钒氧化物的物相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)对样品的微观形貌进行表征。结果表明:制得的TEOS还原V₂O₅的产物主体为多种低价钒氧化物的混合物,电池容量约为400mAh/g;先用PVP还原再经过TEOS共水热包覆得到的产物为二氧化钒,测得电池容量约为140mAh/g。

利用微波辐照技术,采用半连续种子乳液聚合法制备了具有明显核壳结构的聚硅氧烷/聚丙烯酸酯复合乳液。利用傅里叶变换红外光谱、粒度分析、透射电镜、热重分析等技术手段对产物进行系统化表征,研究了聚硅氧烷含量对乳液聚合和复合胶膜性能的影响。结果表明:复合乳胶粒的平均粒径均小于100nm,具有明显的核/壳结构;随着聚硅氧烷含量的增加,复合乳液中乳胶粒粒径增大,分布变窄,反应稳定性变差,但仍能制得核/壳型复合乳液。胶膜的力学性能变差,热稳定性无明显降低。胶膜吸水率降低,表面接触角逐渐增大。

以海藻酸钠(SA)为骨架材料,添加改性锂皂石(NC),采用溶液聚合法将单体接枝到海藻酸钠骨架上,合成海藻酸钠/改性锂皂石基高吸水性树脂。通过单因素实验探究丙烯酸(AA)中和度以及SA、改性NC等占AA比例对树脂吸液倍率的影响。结果表明:AA中和度80％、SA用量9％、改性NC用量4％、丙烯酰胺(AM)用量5％、引发剂用量0.4％、交联剂用量0.01％时树脂有较高吸水性和较强耐盐性,树脂吸蒸馏水倍率为1880g/g,吸0.9% NaCl溶液倍率为268g/g。合成的树脂热稳定性良好并且有明显的褶皱和沟壑。

纳米流体具有很好的导热性能,引起了广泛的关注和研究。采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)。采用超声振荡法把不同质量的GO分散于去离子水和去离子水加乙二醇的混合液中,制得分散效果较好的质量分数为0.05%、0.1%、0.025%和0.075%的GO-水纳米流体和分散效果较好的质量分数为0.05%、0.1%的GO-(水+乙二醇)纳米流体。采用X射线衍射仪和拉曼光谱仪对石墨和GO进行结构、形貌表征,结果表明石墨的结构已经被破坏,形成了新的晶体结构。采用黏度计测试剪切压力,得出了各浓度的GO-水纳米流体和GO-(水+乙二醇)纳米流体的剪切压力在一定温度下随剪切速率的增大而增大;各浓度的GO-水纳米流体在不同温度下的剪切应力和剪切速率之间不是严格的线性关系,表现为非牛顿行为,表明GO-水纳米流体的非牛顿行为强烈依赖于温度;各浓度的GO-(水+乙二醇)纳米流体在较低温度范围下表现为牛顿行为,在较高温度范围下表现为非牛顿行为,表明GO-(水+乙二醇)纳米流体的牛顿或非牛顿行为强烈依赖于温度。黏度测试结果表明:两种纳米流体的黏度随着流体温度的升高而降低,随着颗粒质量分数增加而增加。用自制实验装置进行了纳米流体的热性能测试,从而得出强制对流传热系数与雷诺数的关系。

研究了纳米材料多壁碳纳米管(MWCNTs)对黄土表面含氟矿物的溶氟现象,并对其溶氟机理进行讨论。土柱实验结果表明:掺杂少量MWCNTs能将黄土中含氟矿物持续溶出;土柱实验后土样的透射电镜(TEM)测试表明,MWCNTs存在于黄土颗粒之间的孔隙内,且土柱实验后纳米管直径明显增大。通过MWCNTs柱实验、吸附实验以及模型拟合结果表明,MWCNTs对黄土表面的溶氟作用过程主要经历离子交换吸附、化学吸附、脱附溶解过程,从而不断促使黄土中大量氟离子进入水体中。因此,当MWCNTs被当作新材料大量使用时,应注意其对水土环境造成的危害,这一研究成果将为保护环境提供科学依据。

NaBH₄-NH₃BH₃复合物(xSB-AB,x=2,4,6,8)具有比单体更好的水解放氢性能,但在温和条件下的产氢效率仍然不够理想。将Na₂SO₄改性的Co₃O₄用于催化NaBH₄-NH₃BH₃复合物水解,发现它表现出比纯Co₃O₄更为优异的催化性能。Na₂SO₄改性的Co₃O₄催化2NaBH₄-NH₃BH₃在40℃水解时,8min的产氢量达到了2430mL/g。结果表明:Na₂SO₄本身对NaBH₄-NH₃BH₃复合物水解无催化作用,但可能有利于Co₃O₄原位转化为具有高催化活性的Co-B合金,从而提升NaBH₄-NH₃BH₃复合物的放氢性能。

固定颜料体积分数为15%,分别以磷酸锌、锌铬黄,以及两者按照质量比1∶1复配作为涂层的防锈颜料,以聚硫橡胶改性环氧树脂作为涂层的基体,制备聚硫改性环氧防腐涂料,测试了涂层的基本物理性能,同时利用电化学阻抗谱(EIS)技术探究不同防锈颜料对聚硫改性环氧涂层防腐性能的影响。结果表明,以磷酸锌作为防锈颜料的聚硫改性环氧涂层具有更大的硬度、更强的附着力、更高的光泽度和更为优异的防腐性能。

通过预聚体法,以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG-1000)、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷(MOCA)、二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)为主要原材料,合成不同PTMG质量含量的聚氨酯弹性体(PUE)。采用红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、差示量热仪(DSC)和力学性能测试等手段研究了PTMG质量含量对PUE的羰基氢键化程度、结晶度、玻璃化转变温度(T_g)、耐低温性、模量等的影响。结果表明:PUE中大部分—NH参与构成氢键,并且PUE-43的氨基氢键化指数最高,PTMG质量含量最高的PUE-70中羰基氢键化指数、微相分离程度、耐低温性、结晶性均最佳,T_g最低。在PUE-49时力学性能最好。

以丙烯酸(AA)、衣康酸(ITA)、丙烯酰胺(AM)和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料进行加成反应,分别制备了带单羧基、双羧基和酰胺基功能性官能团的3种磷系阻燃剂,并通过红外光谱(FT-IR)对3种阻燃剂的结构进行了表征,发现在合成物DOPO-AA和DOPO-AM红外谱图中出现P-C键的特征伸缩振动吸收峰,证明产物DOPO-AA、DOPO-ITA和DOPO-AM有生成;通过热重分析了三者之间的热稳定性,并对其失重10%时的分解温度进行比较,发现DOPO-ITA此时对应的分解温度最高,达到279.2℃,明显高于DOPO-AA和 DOPO-AM。

电解水产氢是绿色新能源开发的热点,而电解水制氢无法大规模推广主要受限于价格昂贵的贵金属催化剂材料,因此开发高性能、高稳定性的非贵金属催化剂成为目前电解水产氢的主要发展方向。将水热法和电沉积法结合,首先在泡沫铜(CF)上水热制备CuO催化层,随后继续电沉积NiFe合金得到CuO@NiFe/CF非贵金属复合电催化材料。利用扫描电镜、X射线衍射仪、极化曲线,交流阻抗测试以及恒电流极化等研究方法重点探讨了NiFe电沉积时间对复合电极催化析氢性能的影响。结果表明:在1mol/L KOH电解质溶液中,当NiFe电沉积时间为150s时制备得到的CuO@NiFe-150s/CF电极具有最优越的析氢性能,析氢过电位达到36mV时就可驱动10mA/cm²的电流密度,Tafel斜率为21mV/dec,且恒电电解105h后,电压值无明显变化,具有优异的稳定性。

以二维层状还原氧化石墨烯(RGO)为载体,采用液相原位还原法制备了二维层状RGO/Cu₂O复合材料。结合X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱和能谱等表征手段,对RGO/Cu₂O复合材料晶体结构、形貌分析、元素组成进行表征,并在可见光下对甲基橙进行光催化降解反应。结果表明:通过Hummers法制备出的氧化石墨烯(GO),因其具有比表面积大的优势,为Cu₂O负载提供了更多的活性位点。在可见光照射下,GO∶Cu为0.75∶1(摩尔比)时,合成出的RGO/Cu₂O复合光催化剂对甲基橙表现出最优的光催化性能,对MO的降解达到93.4%,5次循环降解实验后仍具有良好的光催化活性,明显高于纯Cu₂O;自由基捕获实验证明具有强氧化性的·OH和·O^2-活性基团为主要活性物质。复合结构可有效地抑制Cu₂O光生电子-空穴的复合,提升载流电子的分离与传输速率,为光催化降解有机污染物的工作研究提供了新的思路。

以伊利石、Fe₃O₄和壳聚糖为原料,制备了伊利石/磁性壳聚糖(IMCS)复合材料。通过X射线衍射、红外光谱和磁滞回线对其进行了表征,研究了其对Cr(Ⅵ)的吸附性能,采用Langmuir等温方程、Freundlich等温方程、准一级动力学方程及准二级动力学方程对实验数据进行了拟合分析。结果表明,IMCS复合材料含有的氨基有利于对Cr(Ⅵ)的吸附;材料的饱和磁化强度为22.4emu/g,易于磁性分离,便于吸附剂的循环使用。IMCS复合材料对 Cr(Ⅵ)的吸附符合Langmuir等温方程和准二级动力学方程。在IMCS吸附剂量为0.05g、温度为25℃、Cr(Ⅵ)溶液初始浓度为300mg/L、吸附时间4h、pH=5的条件下,对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为191.2mg/g。再生后的复合材料重复使用5次后,仍具有良好的吸附性能。

通过结构设计,将阳离子胶原基衍生物(CPAD)化学固定至铁掺杂二氧化钛(Fe³⁺/TiO₂)球形颗粒表面,构成一种新型的复合材料CPAD-Fe³⁺/TiO₂。利用核磁共振氢谱、X射线衍射、紫外吸收光谱、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱等测试方法对样品进行了系统性表征。采用甲基橙(MO)溶液模拟印染废水,研究了样品在太阳辐射下的光催化活性。结果表明:当CPAD添加量为3%,溶液pH为3时,CPAD-Fe³⁺/TiO₂对MO的降解效率高达94.91%(120min),且具有较好的可重复使用性。

采用前期实验制备的Sn-Mn-Ce-Co-O_x催化剂(记作SMCC催化剂),通过浸渍法负载催化剂,并涂覆聚四氟乙烯发泡涂层制备PTFE@SMCC/P84-HCl复合催化滤料,在微型固定床反应器中对复合催化滤料脱硝、脱氯苯活性进行评价。结果表明,催化剂负载量的提高给污染物提供了更多的吸附位点,催化性能提升;聚四氟乙烯发泡涂层涂覆提高了催化剂与滤料的结合强度,且有助于提高滤料透气率。使用20%的HCl处理,负载500g/m²的SMCC-8催化剂,并在滤料表面涂覆一层4%的PTFE发泡涂层制备得到的复合催化滤料具备最优的理化性能,在160～260℃温度范围内,NO的最高去除率为98%,氯苯的T₅₀和T₉₀分别为226℃和252℃。

以Cr(Ⅲ)离子为模板离子,采用表面印迹法,制备了32种Cr(Ⅲ)离子印迹复合膜(Cr(Ⅲ)-IICM_1-32)及相应的非印迹复合膜(NICM_1-32)。通过印迹条件的优化,得到制备复合膜的较优实验条件为:以nylon-6膜为基膜,α-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,模板离子∶功能单体∶交联剂(摩尔比)为1∶4∶40,致孔溶剂为乙醇-水(体积比为1∶1),基膜浸泡时间为180s。在较优实验条件下制备的印迹复合膜Cr(Ⅲ)-IICM₂₅具有较好的吸附量(109.03μmol/g)和较高的印迹因子(α=1.85)。研究了吸附液初始浓度、pH和吸附温度等对Cr(Ⅲ)-IICM₂₅吸附性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)及氮气吸附(BET)表征了Cr(Ⅲ)-IICM₂₅及NICM₂₅的表面形态和内部结构。结果表明,Cr(Ⅲ)-IICM₂₅与NICM₂₅是介孔材料,吸附行为符合Langmuir等温吸附模型,有望用于污水中Cr(Ⅲ)的去除。

采用两步法合成了具有中空特征的ZnO@CeO₂微球光催化剂。首先,以二水合乙酸锌、六亚甲基四胺、二水合柠檬酸三钠为原料,采用水热法和煅烧处理合成了纳米晶ZnO中空微球。然后以六水合硝酸铈为铈源,通过化学浴沉积和煅烧处理在ZnO晶粒表面修饰了纳米尺寸的CeO₂。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)分析方法对合成的CeO₂修饰的纳米晶中空ZnO微球进行了表征。结果表明:ZnO@CeO₂复合光催化剂的光催化活性与CeO₂复合量有关。当CeO₂复合的摩尔分数为1.5%时,复合光催化剂对亚甲基蓝表现了最佳的光催化降解效率。与纯ZnO相比,复合光催化剂在光照时间60min内对亚甲基蓝的降解效率提高了19.5%。经CeO₂修饰后ZnO催化剂活性的增强主要归因于复合形成的异质结对光生电子-空穴对复合的抑制作用。

相比于其他传统的传感器,导电聚合物的柔性压阻式应变传感器具有拉伸性、高可逆性和稳定性,从而被广泛应用于智能系统和生物医学领域等。探讨了导电聚合物复合材料的导电网络理论,以及常用的导电填料,同时介绍了柔性压阻式应变传感器的导电复合材料在智能设备和生物医学领域中的应用,并对这种复合材料的发展作出了展望。

催化裂化渣油中芳香组分是由数量众多的芳烃分子所组成的混合物,其聚合反应过程工艺难以调控,得到的产品性能差异较大,且催化裂化渣油制备缩合多环芳烃(COPNA)树脂存在固化速率慢、脆性较大、加工成型工艺差等缺陷,在实际工业生产中应用范围较窄。为此,选择萘酚作为模型化合物进行聚合反应,用于合成萘酚基COPNA树脂;其次,在其苯环结构上引入烯丙基双键,生成烯丙基COPNA树脂;最后,将其与二苯甲烷双马来酰亚胺(BMI)发生双烯加成共聚反应,从而制备综合性能优异的烯丙基COPNA-BMI共聚物树脂材料,并对共聚树脂的分子结构、软化点、残炭率及流动度等热稳定性能进行表征,确定了共聚树脂的最佳合成工艺条件。该共聚树脂表面平整光滑,空气气氛热稳定性能较好,94h后样品最大质量损失均小于3%,为苛刻工况下钻杆套管保护提供了一种新材料。

为获得耐热温度大于330℃,并有望替代1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)的耐热炸药,通过收集63种苯类含能化合物的熔点数据,分析苯环上所含取代基的位置、种类、数量等因素对苯类衍生物熔点的影响规律,并根据这一规律设计出几种有望成为耐热炸药的苯衍生物分子。运用密度泛函理论,计算苯类含能化合物的几何结构、密度、爆轰参数、熔点以及撞击感度。结果表明:设计出的9种化合物,密度均在1.576～2.160g/cm³之间,爆速均在6.630～9.543km/s之间,爆压均在18.231～46.247GPa之间,熔点均在219.982～358.006℃,其中一些化合物的爆轰性能可与优良耐热炸药PYX(爆速=6950m/s)相当。根据理论计算结果,筛选出潜在的新型耐热炸药3,3',5,5'-四氨基-2,2',4,4',6,6'-六硝基偶氮苯(BTAHNAB),其密度为1.868g/cm³,爆速和爆压分别为8.489km/s和33.296GPa,熔点达到358.006℃,特性落高为49.91cm。

金属框架材料(MOFs)具有高比表面积、高孔隙率、可重复利用等优点,近年来作为吸附剂在处理染料废水方面得到广泛应用。将2-甲基咪唑同硝酸铜和硝酸钴溶液在室温下按一定比例进行反应合成双金属Cu/Co-MOF,采用硼氢化钠还原将Pd负载在Cu/Co-MOF上,得到分散性能良好的Pd@Cu/Co-MOF颗粒。通过场发射扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段对双金属Cu/Co-MOF材料的形貌、结构、组成进行表征。以胭脂红和硼氢化钠这一还原反应为模型,采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)来观察Pd@Cu/Co-MOF颗粒的催化降解性能。结果表明:制得的Pd@Cu/Co-MOF纳米颗粒具有良好的催化降解胭脂红染料的效能,且该催化剂能够多次循环使用,容易大量制备。

针对树脂抗滑磨耗层材料的种类及其病害问题,从理论研究与工程应用2个方面进行了归类和分析。在基本理论部分,介绍了树脂抗滑磨耗层常用的树脂材料及其道路工程应用现状,并横向对比了每种材料的优缺点。在病害分析部分,首先对树脂抗滑磨耗层常见的病害类型进行总结归纳,然后从微观试验与宏观现象分析了每种病害的成因,并提出了相应的解决措施。结果表明:树脂抗滑磨耗层在应用过程中会逐渐暴露出起包、老化、开裂、坑槽、脱落等病害,树脂种类不同,其易发病害也不相同。

以氧化石墨烯为前驱体,银纳米线(AgNWs)为支撑单元,采用两步水热法制备了相互搭接、相互支撑的三维多孔石墨烯/AgNWs复合气凝胶,并考察了氧化石墨烯与AgNWs质量比对复合气凝胶吸附性能的影响。傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等表征结果表明:AgNWs的支撑作用可有效防止石墨烯片层的堆叠,形成多孔结构。当石墨烯与AgNWs质量比为2∶1时,复合气凝胶对四氯化碳的吸附量高达91.33g/g,复合材料表现出优异的吸附性能,具有潜在的应用价值。

利用疏水溶液和Fe₃O₄分散液对聚氨酯海绵进行浸涂,制备出超疏水/超亲油聚氨酯海绵。通过扫描电子显微镜、能量色散谱仪和傅里叶变换红外光谱仪对材料的表面形貌和化学成分进行分析,研究了碱液浸渍对材料润湿性的影响,并考察了其油水分离性能。结果表明,疏水溶液和Fe₃O₄分散液浸涂使海绵获得超疏水/超亲油性,其对水和油的接触角分别为154.6°和0°。经碱液浸渍后,海绵下表面转变为超亲水/水下疏油状态,且转换速度极快;而海绵上表面仍保持超疏水/超亲油性。该材料对游离态油水混合液具有良好的分离性能和磁分离性能。

为提高现有水性环氧微表处混合料的低温性能,使用丁苯胶乳(SBR)改性剂与聚乙烯醇(PVA)纤维制备PVA纤维-水性环氧微表处混合料。研究结果表明,过多的SBR掺量会对微表处混合料的路用性能带来负面影响;PVA纤维可明显改善微表处混合料的低温性能,并且在PVA纤维掺量为0.2%时,PVA纤维可以均匀地分布在微表处混合料中,与沥青形成结构物,此时微表处混合料耐磨耗性能、抗轮辙变形性能与抗滑性能最好。综合考虑,推荐PVA纤维-水性环氧微表处混合料中SBR最佳掺量为3%,PVA纤维最佳掺量为0.2%。

为促进废弃植物基生物油在道路材料中的高效利用,探明其物化特性对性能的影响程度,采用SARA四组分及GPC渗透凝胶色谱分析方法,对比三种不同来源的植物基生物沥青的化学组成,基于灰关联理论,建立生物沥青族组分、分子量分布情况与基本路用性能间的关联。结果表明,植物基生物沥青的族组成:沥青质(5.4%～6.7%)、胶质(14.8%～16.3%)、芳香分(5.4%～6.7%)、饱和分(31.9%～42.5%);分子量分布:小分子组分含量显著提升,多分散度相对提高;关联性:沥青质含量主要决定感温性,胶质影响延度、脆点等低温性能指标,饱和分和芳香分等轻质组分影响黏弹特性,平均分子量与生物沥青的宏观性能相关,而多分散度与高温稳定性关联性较大。

为考察聚乙烯蜡(PEW)对沥青的温拌规律,并推断作用机理,将两种不同熔点的废旧PEW-1(熔点95℃)和PEW-2(熔点105℃)以不同的掺量分别加入到基质沥青制得两种蜡改性沥青,采用针入度、软化点和延度探究了PEW改性沥青的常规性能,利用布氏黏度(CV)研究评价了PEW改性沥青的温拌效果;应用动态剪切流变(DSR)和短期薄膜老化(RTFOT)研究了PEW改性沥青老化前后的高温流变性能;借助傅里叶红外光谱研究推测了PEW与基质沥青主要发生的物理反应;通过热重-差热研究分析了PEW熔点对基质沥青的微观影响。结果表明,加入PEW后,沥青黏度下降,高温性能提升,其中PEW-1最佳掺量为5%,PEW-2为6%,老化后改性沥青的高温性能进一步提升,PEW-1的降粘和高温提升效果都好于PEW-2。红外光谱结果证明PEW与沥青之间未发生化学反应,两者为物理共混。热重-差热试验表明PEW的熔点可以影响改性沥青在熔程温度范围内的物态变化,进而影响温度敏感性。

为研究水性环氧乳化沥青乳液絮凝团聚、分层乃至提前破乳等相容性问题,将3种阳离子乳化沥青分别与环氧树脂乳液及阳离子、非离子固化剂复配,采用储存稳定度、离心稳定度测试对水性环氧乳化沥青稳定性进行评价,并利用荧光显微镜及红外光谱仪,观测固化材料的微观形貌及各官能团红外吸收峰,对不同种类水性环氧乳化沥青的颗粒微观分布及化学相容性进行评价。结果表明:水性环氧乳化沥青储存稳定性、离心稳定性不具有统一规律。3种水性环氧乳化沥青储存稳定性结果为BE-2>JY-R1W>BE-3X;离心稳定性结果为BE-3X>BE-2>JY-R1W;根据荧光显微及红外光谱分析结果,BE-2型乳化沥青与阳离子固化剂复配后体系基本无固化剂残余,固化反应迅速,可在短时间内充分形成三维交联网状结构。研究对水性环氧乳化沥青材料配伍优选具有一定参考价值。

固-液相变材料具有相变体积小、相变温度可控、相变潜热大等优点,被广泛用于建筑节能。但由于相变过程中其物质相态发生转变,直接使用时将导致泄露问题,因此常通过多孔介质吸附定形后使用,这样可以提高相变材料的利用率。以硅藻土粉(DME)为吸附介质,正癸酸(CA)和1-十八醇(OD)为相变材料,采用熔融吸附法制备CA-OD/DME定形相变材料,将CA-OD/DME掺入石膏基体中制备石膏板。通过温度阻尼率、扫描电子显微镜、冷热循环、扩散-渗出等方法研究了石膏板的热性能。结果表明,当定形相变材料掺量为35%时,石膏板的阻尼率可以达到1.79。通过SEM分析可知,石膏板的孔隙被相变材料均匀填充,形成紧致密实的微观结构,能够有效防止相变材料的泄漏。通过200次冷热加速循环后,材料的质量最大损失率仅为0.68%,热处理后的石膏板试样均无渗出圈。研究表明相变石膏板具有良好的储热性能。

聚氨酯注浆材料在矿井下有广泛的应用,然而其反应放热会给煤矿带来巨大的安全风险,研究低温矿用聚氨酯注浆材料迫在眉睫。使用预聚手段来降低反应热,使用万能试验机、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射光谱(XRD)、场发射扫面电子显微镜(SEM)等手段进行表征,研究了预聚对聚氨酯注浆弹性体的固化过程放热量和抗压强度的影响,并研究了试样的破坏形貌。结果表明:预聚法能有效地降低材料的反应热,实验组实现降温最高达62℃,且压缩强度大于40MPa,满足制备低温矿用聚氨酯注浆材料的力学性能要求;对破坏形貌的分析说明,压缩过程中柱体中心产生的非结晶取向是产生缺陷并导致试样最终失效破坏的直接原因。