油水混合物不仅对生态环境造成破坏,同时也危及人类身体健康。针对油水混合物进行高效分离,不仅可以实现油、水资源的重复使用,还可有效地避免其直接排放所造成的严重环境污染问题。因此开发高效油水分离材料对于资源节约,实现双碳目标和践行习近平总书记“绿水青山就是金山银山”理念具有重要意义。特殊润湿性因其对油水两相的响应不同在油水分离领域中显示出良好的应用前景,具备该特性的油水分离膜材料分离效率高、分离速度快、能耗低、可扩展性好、操作简单且可回收利用,因此针对油水分离膜材料制备过程中基底材料选择的不同,详细介绍了以金属、聚合物、生物质和无机物为基底材料制备油水分离膜材料及其应用研究进展,并对油水分离膜材料领域研究进行展望。

聚氨酯是一种重要的膜材料,其制备的膜具有良好的力学性能、渗透性和选择性,近几年在膜分离领域受到大量关注。现综述了用于分离领域的聚氨酯膜以及改性膜的研究情况和最新进展,简述不同软段材料聚氨酯的合成方法、结构特点和分离性能,并重点介绍了共混、填充和接枝这3种改性方法的反应原理、改性思路及其对聚氨酯膜结构和分离性能的影响等。同时分析了不同软段材料和改性方法在膜分离中的优点和不足,并对聚氨酯膜的研究方向和未来应用潜力进行了展望。

对锂离子电池隔膜技术在中、美、欧的专利申请进行了检索、去噪,在此基础上梳理锂离子电池隔膜技术发展生命周期、主要专利权人、技术研发方向,并通过技术功效分析,找到锂离子电池隔膜技术分布和技术效果。从专利分析的结果来看,锂离子电池隔膜技术经历3个阶段,即技术起步期、技术缓慢发展期以及技术快速增长期;锂离子电池隔膜领域的专利主要集中在H01M2/14、H01M2/16、C08J9/00及B32B27/32四大类,主要涉及隔膜的结构、材质及制备工艺;从整体来看,锂离子电池隔膜未来发展方向主要集中在提高隔膜耐热性、研制超薄隔膜、提高隔膜的吸液性能以及研发聚合物电解质隔膜、纤维隔膜等新型隔膜上;并对标东丽、旭化成、帝人、Celgard、住友化学等全球锂离子电池隔膜技术领先公司,建议我国相关研究单位充分发挥在湿法基膜、改性涂布膜研发上的技术优势,优化湿法制膜工艺、拉伸工艺、涂覆改性工艺,提高隔膜安全性、充放电高效性、使用寿命,抢占制高点,针对技术疏松区或技术空白区进行突破。

简述了蜜胺多孔材料的性能及其研究现状,重点介绍了蜜胺多孔材料的自组装法、微球法、发泡法、浸渍法、模板法等制备方法;同时针对蜜胺多孔材料存在力学性能差、强度低等缺陷,总结了包括添加致孔剂、物理改性、化学改性等方法,介绍了多孔材料的具体应用,展望了蜜胺多孔材料的发展前景和应用领域。

共聚阻燃尼龙可以有效解决尼龙可燃性和燃烧熔融造成火势扩散的问题,在航天航空、建筑、纺织等领域中有着重要的应用前景。对尼龙主要的阻燃改性方法进行了介绍,详细阐述磷系阻燃尼龙、氮系阻燃尼龙、协效阻燃尼龙等新型共聚阻燃尼龙材料的研究与应用进展,并从阻燃性能、综合性能、阻燃剂的研发角度对阻燃尼龙材料的发展进行了展望。

层层自组装作为一种纳米表面图案化技术,具有操作过程简单、实施成本低、结构动态可控、适用材料广泛等特点,其中动态可控表面微结构赋予了材料独特的理化性能,是智能材料领域研究的热点。该技术在生物医药、传感器、信息存储、膜分离等领域具有广阔的应用前景。综述了基于层层自组装技术的智能表面材料及其在不同领域的应用进展,并对其发展前景进行了展望。

二氧化硅(SiO₂)气凝胶是一种纳米多孔固体材料,具有比表面积和孔隙率较大、热导率较低等特点,但其力学性能较差。引入力学性能优良、耐高低温、热稳定性好的聚酰亚胺(PI)与SiO₂气凝胶复合,可制备出兼具二者优势的复合材料。综述了PI/SiO₂气凝胶复合材料的研究进展,介绍了该复合材料的类型及其性能,归纳了该复合材料在隔热、阻燃、防水等方面的应用,并对其发展前景进行了展望。

基于incoPat专利数据库,通过构建关键核心专利的识别指标体系,筛选出高质量的关键核心专利。利用ITGInsight文本挖掘与可视化工具,基于t-SNE算法,绘制关键核心技术领域技术原创国的竞争图谱,并定量测度了各主要竞争国家在稀土功能材料以及稀土永磁材料、稀土合金材料等细分领域的技术差距。结果表明,日本和美国掌握了相当数量的关键核心专利,技术上拥有绝对优势;中国与美日欧相比,技术差距巨大,中国在某些技术领域几乎空白,关键核心技术受制于人的局面亟待改变。最后,基于定量测度结果,从加大对稀土功能材料的基础研究和应用研究的支持力度,加快建立不同层面的稀土科技及产业创新平台,加强稀土功能材料知识产权和标准体系建设等方面提出了相关建议。

目前有关电催化剂应用的诸多研究领域,特别是商业领域,仍然由贵金属及其氧化物占据,但因其存在高成本和易中毒的壁垒而迫使科研人员把研究目光转向钨基电催化材料。氧化钨在制备条件得到有效控制的前提下可实现晶型结构及钨元素价态的多变,因此易于参加多种电化学反应,可实现对特定电化学反应的有效催化。回顾了不同晶相结构氧化钨基电极材料和不同异质结构钨基电极材料的制备方法、结构优势及其对各类电化学反应的优越催化性能,并从电极材料的制备和结构入手深入分析了文中所涉及电极材料优越催化性能的本质原因。以氧化钨及钨基电极材料的优越电催化性能为主线,辅以对电极材料的制备方法和特殊结构的分析,深入探讨了此类电催化材料的优势和发展方向,并总结本领域近5年的科研成果,为此类研究方向的深入开展提供了一定的借鉴经验。

锂离子电池和超级电容器作为新型储能器件因具有能量密度高、充放电效率高、绿色环保等诸多优点,能够应用于能源、汽车、电子器件等领域,备受研究者的关注。三维结构能够增大电极材料的单位立足面积,有效提高电极材料的利用效率,显著改善储能器件的电化学性能。为了进一步提升储能器件的电化学性能和拓宽其应用领域,设计制备具有3D结构的电极材料显得非常必要。主要对利用三维结构电极材料制备锂离子电池和超级电容器进行综述,分析了不同三维结构制备储能器件的优点以及存在的问题,并对三维储能器件的发展方向进行了展望。

硅基材料理论容量高、电位低、自然资源丰富,是最理想的锂离子电池负极材料。但是硅基负极在锂化和脱锂过程中巨大的体积变化,导致了硅基负极的循环稳定性与导电性差,阻碍了其实际应用。硅碳复合材料可将碳材料的高导电性和机械性能与硅基材料的高容量和低电位的优势相结合。综述了硅碳负极材料的主要制备方法,总结了硅碳复合材料的结构设计,并对未来碳硅材料的研究工作进行了展望。

介绍了含硅邻苯二甲腈树脂在高温下的应用和综合性能,介绍了各种含硅结构对其性能的影响,总结了国内外关于含硅邻苯二甲腈树脂的研究情况,并对其在实际应用和发展中的应用和发展进行了展望。

随着锂离子电池需求的不断增长,尤其是电动交通行业,大量锂离子电池将会在未来几年因寿命和更新换代等问题而退役。废旧锂离子电池如果处理不当,就会造成环境污染和资源浪费等严重后果。因此,废旧锂离子电池的回收利用越来越受到研究学者的关注。系统介绍了废旧锂离子电池综合回收最新进展,主要有预处理、浸出、分离提纯等工艺。针对各个工艺的具体原理、研究现状、优缺点进行了详细评述。最后,对废旧锂离子电池综合回收的发展前景进行了展望。

电磁波通信技术的飞速发展极大地促进了信息的传输,与此同时带来的电磁波污染也日趋严重,研发轻质量、低密度、强吸收和宽频带的高性能吸波材料刻不容缓。传统吸波材料(铁氧体、钛酸钡、石墨等)的损耗机制单一、吸波能力不够强,开发具有优异吸波性能的新型复合材料已经成为必然之势。其中核壳型吸波材料因微观形貌和空间结构可调节而得到广泛研究。这种核壳结构不仅可以复合多种不同损耗机制的材料,还增加了大量的界面,提高了界面极化损耗,因而具有良好的电磁波吸收能力。从核壳的材料、性能和壳层结构等方向进行总结和概况,展望了核壳结构吸波材料未来的发展方向。

纳米颗粒具有传统颗粒所不具备的优异性能,但其在液相中的团聚现象严重影响了自身特性,限制了其应用和发展。总结分析了纳米颗粒在液相中的分散过程和稳定机制,重点综述了分散方法、分散稳定性的评价方法及影响因素,并展望了未来的发展方向,为纳米颗粒的应用提供了理论基础,促进纳米技术的发展。

金属有机骨架(MOF)及其衍生物具有丰富的孔隙率、巨大的表面积和配位不饱和位点,在储能等多领域越来越受到关注。然而,大多数MOF固有的低电导率以及MOF衍生物在循环过程中体积变化限制了进一步发展。MXene具有二维结构,类金属的导电性,可调节的层间距,丰富的表面端基和优异的亲水性,已广泛应用于储能领域。然而,相邻纳米片之间的强范德华相互作用和氢键不可避免地造成MXene纳米片的堆叠,限制了电化学活性。近年来,研究人员综合了MOF及其衍生物与MXene的优势,其复合材料在储能领域表现出优异的性能,广受关注和研究。基于此,综述了MOF及其衍生物与MXene复合材料的制备方法,并介绍其在金属离子电池、超级电容器、锂硫电池等储能领域的应用现状,提出现阶段存在的主要问题并对未来的发展方向作了展望。

聚酰亚胺的分子链规整性好、链间相互作用力强,但是气体透过偏低,为解决该问题,通过引入芴基致孔基元,利用含芴基结构的9,9-双(4-氨基苯基)芴(FDA)、9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴(FFDA)和2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)为单体,制备了一系列自具微孔聚酰亚胺膜(PIM-PI)。结果表明:随着致孔基元比例增加,与无致孔基元的纯膜相比,PIM-PI膜的气体分离性能改善显著。例如6FDA-FFDA/BAPP(8∶2)膜表现出优异的分离性能,CO₂渗透率为165.46Barrer和CO₂/CH₄选择系数为31.65,相较于纯膜,分别增加7.45倍和1.66倍。引入芴基致孔基元的微孔聚酰亚胺膜显著地提高了气体渗透率。

为减少空气污染带来的危害,使用无针静电纺丝设备制备了PA66/SiO₂、PA66/GO复合纳米纤维过滤膜。研究了不同浓度的SiO₂、GO对复合纳米纤维膜形貌、孔径分布、强度及过滤性能的影响。结果表明:当SiO₂浓度为20%时,复合膜的过滤性能最佳,对0.3μm NaCl气溶胶颗粒的过滤效率达99.84%,阻力122.85Pa,品质因子为0.0524Pa^-1,相比较于未改性品质因子提升了36.8%。而当GO浓度为0.3%时,复合膜拉伸性能最好,断裂强度和断裂伸长率分别为7.52MPa和47.05%,相比较于未改性,分别增加了88.47%和22.85%。

相较于传统纤维材料,纳米纤维膜因其高比表面积和超细孔隙率更适合用作空气过滤材料,此外传统的聚丙烯(PP)过滤材料亲水性差,水汽易聚集从而降低其过滤性能;针对传统空气过滤材料亲水性差的问题,基于静电纺丝的方法,以聚丙烯腈(PAN)和强亲水性的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为纺丝原料,制备了PAN/PVP纳米纤维膜,探讨了亲水材料PVP对其纳米纤维膜亲水和过滤性能的影响。采用傅里叶红外光谱、扫描电镜表征了纳米纤维膜的结构,由于亲水性材料PVP的引入,纺丝时纤维中静电导通性好,纺丝液能很好地被拉伸,使纤维直径变小,PVP添加质量为30%时纳米纤维膜的平均直径最小为358.12nm;此外,PVP的引入提高了纳米纤维膜的亲水性能,PVP添加质量为40%时其静态接触角为(11.5±2.5)°;但纳米过滤膜亲水性的增加会影响其过滤效率,PVP添加质量为10%时纳米纤维膜的过滤效率最高为83.4%±3.6%,纤维膜克重为1.17g/m²时品质因子最高为0.10Pa^-1,纳米纤维膜具有优异的循环稳定性,300min内过滤稳定性好且过滤压力较低,可应用于对循环过滤性能有更高要求的空气过滤材料领域。

以己二酸己二胺盐(AH Salt)、己内酰胺(CPL)为原料,采用熔融缩聚法制备系列配比的共聚酰胺66/6(PA66/PA6)。利用傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振波谱仪、X射线衍射仪、差示扫描量热仪、热重分析仪、紫外光谱仪和万能材料试验机等表征其结构与性能。结果表明,经熔融缩聚法成功制备了不同配比PA66/PA6共聚酰胺,与PA6相比,由于共聚单体的引入,PA66/PA6分子链规整性降低,熔点、结晶度等均有一定程度的下降。当PA66添加量为30%(wt,质量分数)时,拉伸强度略有下降,但断裂伸长率大幅提高,达到494.5%,比PA6提高了近5倍,此时透明度可达93%。可见,利用PA66对PA6进行共聚改性可以大幅度提高PA6的韧性和透明性。

为提高聚丙烯腈(PAN)的性能,获得性能优异的PAN原丝,将 ⁶⁰Co γ射线辐照聚合制备的高相对分子质量PAN分别进行真空冷冻干燥、鼓风干燥和真空干燥,通过傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和热重分析仪对样品进行表征。结果表明:真空干燥会影响PAN的化学结构;升高温度会降低PAN的结晶能力;真空干燥和鼓风干燥使得PAN发生团聚或交联;真空冷冻干燥的PAN粉末热分解性能最稳定,同时溶解性能也最好;真空冷冻干燥为最佳干燥方式。

以煤焦油沥青为碳源,MnSO₄和KMnO₄为锰源,使用一步水热法合成了Mn₃O₄/MnO@C复合材料。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱和热重分析仪表征方法,揭示了Mn₃O₄/MnO@C复合材料的形貌、晶体结构和化学组分。通过恒流充放电测试、循环伏安测试和交流阻抗测试分析了材料的储锂性能。结果表明:得益于稳定且快速导电网络的构筑,Mn₃O₄/MnO@C复合材料经过300次充放电循环后,放电比容量仍能达到700mAh/g,几乎是商业石墨比容量的2倍。

采用液相插层法,分别制备了高岭土/二甲基亚砜(K-DMSO)和高岭土/醋酸钾(K-KAc)插层杂化材料。探究了插层时间以及高岭土在反应混合物中的质量分数对杂化材料插层率的影响。通过交流阻抗法对杂化材料的电导率进行测定。结果表明:K-KAc插层杂化材料具有较好的导电性,在湿度为100%时,K-DMSO在室温下的电导率即可达到10^-3S/cm以上。

以溶胶-凝胶-模板技术制备了小粒径介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs),进一步接枝甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)制备出乙烯基硅单体(Vs)。以丙烯酸酯类单体为原料与Vs共聚,制备了一系列Vs改性水性丙烯酸树脂。采用红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、透射电镜(TEM)等手段对改性树脂及树脂膜材料进行了表征,并测试了胶乳的贮存稳定性及胶膜的硬度、附着力等性能。结果表明:介孔二氧化硅纳米粒子表面接枝率可达到19.2%;制备的Vs改性树脂乳液粒径均一,胶乳分散性好,经过6个月静态储存基本稳定。当Vs加入量达到1%时,改性丙烯酸树脂胶膜性能最佳,硬度达到3H,附着力1级,涂膜拉伸强度达到7.4MPa,水接触角91.7°。

以碳纤维/高温环氧(CF/HTEP)预浸料为原料,采用两步高温热分解方法裂解回收碳纤维增强高温环氧树脂复合材料中的碳纤维。第一步将CF/HTEP预浸料样品在不同温度的氮气保护下进行热分解;第二步将第一步处理过的样品在600℃空气中热分解处理。通过分析天平称量热分解前后样品的质量变化,计算基体树脂分解率;采用电镜观察不同样品的表面形貌;采用单丝拉伸性能测试回收碳纤维的力学性能。结果表明,通过两步高温热处理方法能够使基体树脂完全分解,获得表面质量良好的回收碳纤维;在850℃氮气中热处理120min,再在600℃空气中处理20min获得的回收碳纤维力学性能最好,拉伸强度保留90.4%。

分别以水、乙二胺(EDA)、异佛尔酮二胺(IPDA)、二乙烯三胺(DETA)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)和聚醚胺(D-230)为后扩链剂,制备一系列无溶剂高固含水基聚氨酯,研究不同后扩链剂对水基聚氨酯的乳液性能(乳液稳定性、粒径大小、乳液黏度)、成膜性能(耐水耐溶剂性、力学性能、热稳定性、玻璃化转变温度)及应用性能(常温耐折牢度、热粘性、耐温性)的影响。结果表明,在较高R值(—NCO/—OH摩尔比)条件下,采用后扩链法可制备无溶剂、高固含水基聚氨酯,其热力学性能满足应用需求。其中,含环状结构的后扩链剂如IPDA可提高聚氨酯力学性能和耐温性;含交联功能的后扩链剂如DETA与KH602可提高聚氨酯耐水耐溶剂性及涂层抗热粘性和耐温性;而含柔性链的后扩链剂如D-230所制备的聚氨酯具有非常低的模量,适合制备非常柔软的聚氨酯。

以丙烯酸异冰片酯(IBOA)、丙烯酸十二酯(La)为单体,亚磷酸三苯酯(TPO)和1-羟基环己基苯基甲酮(184)为光引发剂,γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为偶联剂,双官能脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(YNW25)为低聚物,松香和氢化松香为增粘树脂,采用紫外光引发聚合的方法制备出了一系列光学胶样品。对该样品光学性能、压敏性能、耐老化性能等进行了测试,探讨最优的配方组合。结果表明:软硬单体配比m(La)∶m(IBOA)=5∶3,当低聚物YNW25质量含量为50%,增粘树脂配比m(松香)∶m(氢化松香)=1∶1,光引发剂配比m(TPO)∶m(184)=3∶4时,可制备出透光率达93.3%,初粘力达8.51N/25mm,180°剥离力达10.81N/25mm,保持力达16.51h,且耐老化性能优异的光学胶压敏胶膜。

采用水热法制备系列GdPO₄·nH₂O∶Eu³⁺发光粉,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱等分析方法对样品的结构、形貌和发光性能进行表征。研究了初始溶液pH、水热反应温度和反应时间等对发光粉的结构和发光性能的影响。XRD和SEM分析结果表明,合成的样品均为六方结构的GdPO₄·nH₂O,发光粉均为棒状形貌。pH对GdPO₄·H₂O∶Eu³⁺的结构和形貌有一定影响。激发光谱研究结果表明,激发带主要来自于Eu-O的电荷迁移带,发射光谱的主发射峰来自于 ⁵D₀→⁷F₁磁偶极跃迁。不同pH条件下合成的样品,由于Eu³⁺离子周围局域环境的不同而导致电荷迁移带和发射峰相对强度有所不同。水热反应温度和时间也影响Eu³⁺离子的周围局域环境。

制备了BPDA/ODA、BP DA/PDA和PMDA/ODA体系的聚酰亚胺(PI)薄膜,探究不同化学结构的PI薄膜在热氧和紫外辐照等外界环境条件下的结构与性能演变。力学性能测试表明,热氧和紫外辐照会导致PI薄膜力学性能下降,但不同化学结构的PI薄膜下降趋势不同,其中PMDA/ODA下降最快,BPDA/PDA下降最慢。红外测试结果表明,热氧和紫外辐照老化过程中酰亚胺环中的C—N键最先发生断裂,导致PI薄膜亚胺化程度降低,力学性能下降。此外,电子自旋共振光谱仪相对其他表征方法在PI薄膜老化初期可以较为直观地检测到自由基浓度随老化时间的变化,可作为PI材料早期老化诊断的手段。

以木质素纤维为载体,采用碱性氧化法对载体木质素纤维进行预处理之后,使用钛酸四丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂负载木质素纤维复合光催化剂,并检测了在紫外光催化下对甲基橙的去除能力以及循环反应性能。TiO₂负载木质素纤维复合材料的结构性能通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)等测试技术进行表征。结果表明:TiO₂颗粒均匀地分布在木质素纤维表面,合成了高度分散的TiO₂负载木质素纤维复合光催化材料;在钛酸四丁酯10mL、无水乙醇35mL、pH为3、温度为35℃时,TiO₂产率最高为89%;经紫外光照射2h,不同浓度下对甲基橙的降解率最高为75.5%,不同pH下对甲基橙降解率最高为80.1%,不同温度下对甲基橙溶液的最佳去除率为63.2%。TiO₂负载木质素纤维复合光催化剂再循环使用中,表现出较好的抗循环衰减特性,经过5次循环后,其对甲基橙的降解率仍达到77.6%。

为了研究层间梯度取向增韧的实施方法和机理以及对复合材料力学性能的影响,采用AFG-90H、AG-80H及CYDBN-240环氧树脂匹配二氨基二苯砜固化剂,制备成对聚醚砜(PESU)有不同溶解性能的两种树脂配方。在溶解性较好的配方A中添加少量PESU记作A-,在配方A和配方B中添加大量PESU记作A+和B+,A-作为内膜分别搭配A+和B+作为外膜,制备成两种四膜预浸料;A-分别与A+和B+先混合均匀,再涂膜制备双膜预浸料作为对照组。对比分析了增韧剂在树脂基体中的溶解性和预浸料工艺方式对复合材料的拉伸强度、压缩强度、层间剪切强度及冲击后压缩强度(CAI)的影响。结果表明:对于双膜预浸料,增韧剂的溶解性差异对层压板的性能影响较小;对于四膜预浸料,采用对增韧剂溶解性能一致的内外膜时,CAI提升5%左右;采用对增韧剂溶解性有差异的内外膜,CAI可提升15%左右。说明该方法可使增韧剂在层间Z向扩散,实现了层间梯度取向增韧。

以聚磷酸铵(APP)和季戊四醇(PER)为原料组成的膨胀阻燃剂(IFR),以热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为聚合物成炭剂,采用熔融共混法对聚丁二酸丁二醇酯(PBS)进行阻燃改性,并考察IFR分布位置对PBS/TPU共混物阻燃性能的影响。通过极限氧指数(LOI)、垂直燃烧、锥形量热分析、热重分析、流变性能测试和扫描电子显微镜(SEM)等对PBS/TPU/IFR阻燃复合材料进行了测试与表征。结果表明:成炭剂TPU的加入,可显著地提高PBS/IFR共混体系的阻燃性能,如当体系中不含TPU时,IFR含量为20%时,PBS/IFR共混体系的LOI为20.0%,UL 94垂直燃烧等级为无等级;而当体系中加入TPU后,不管IFR分布位置如何,其LOI可达28%左右,UL 94垂直燃烧等级为V-2。在IFR含量为25%时,IFR的分布位置对阻燃性能也有影响,当IFR直接分布于PBS相时,其UL 94垂直燃烧等级为V-0,优于IFR分布于TPU相的V-2级。

以聚乳酸(PLA)和高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维为原料,通过熔融共混热压成型工艺制备了不同PVA纤维含量的PLA/PVA复合材料,研究了复合材料的相形态、玻璃化转变、结晶和熔融行为以及力学性能。结果表明:低含量的PVA纤维能均匀地分散在PLA基体中,当纤维质量分数达到20%时,纤维发生团聚。差示扫描量热仪测试结果表明PVA纤维在PLA结晶过程中起到了成核作用。随PVA纤维含量增加,PLA的结晶度增加。此外,动态力学行为表明PVA纤维含量的增加有助于提高复合材料储能模量和刚性。复合材料的拉伸和弯曲模量随PVA纤维含量的增加而增加,当PVA纤维质量分数为20%时,拉伸和弯曲模量达到最大,与纯PLA相比,复合材料的拉伸和弯曲模量分别提高了43.5%和38.6%。但是,PVA纤维的加入并没有使复合材料的拉伸和弯曲强度得到较大改善。

以三羟甲基丙烷和甲基膦酸二甲酯为原料在离子液体[Bmim]BF₄催化下合成双环膦酸酯阻燃剂:甲基膦酸二(5-乙基-2-甲基-2-氧代-1,3,2-二氧磷杂环己烷-5-基)甲基酯。用气相色谱跟踪反应进程,柱色谱提纯产物用于表征产品结构。当双环膦酸酯阻燃剂添加量为25%时,硬质聚氨酯泡沫的极限氧指数值由18.8%提高到26.6%,最大热分解速率由6.48%/min降低到4.40%/min。采用Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法分别计算硬质聚氨酯和阻燃硬质聚氨酯的热分解活化能,并根据计算结果对两者的热分解机理进行了分析。

随着工业化的发展,水污染已经成为当今世界上普遍存在的问题。而以石墨烯为载体的复合材料广泛应用于废水处理中。分别采用水热法、共沉淀法和Hummers法制备了石墨烯基二氧化钛复合材料(TiO₂/RGO)、磁性石墨烯及氧化石墨烯这3种催化剂。考察了3种催化剂的催化活性并分析了3种体系处理焦化废水的最优条件。结果表明:在TiO₂/RGO、磁性石墨烯及氧化石墨烯这3种体系中,COD和色度的去除率最高分别可达到69.2%和98.89%、76.99%和98.26%、78.1%和98.11%。氧化石墨烯的处理效果最佳,次之为磁性石墨烯,而TiO₂/RGO的处理效果较差。再对3种材料进行BET测试,并对处理前后二沉水进行红外以及气相-质谱联用的表征,与优化实验处理结果相对应。

聚丙烯酸酯类吸油树脂因具有良好的吸油性、保油性而备受关注,目前研究大多集中在块材或粉末上,对微球状树脂的研究较少。微球因其加工更加方便、吸油倍率更高而备受关注。采用悬浮聚合法,通过调节软硬单体比例,维持反应体系稳定性,制备了分散性好的吸油树脂微球。以甲基丙烯酸十八烷基酯(SMA)、丙烯酸丁酯(BA)和苯乙烯(ST)为单体,二乙烯苯(DVB)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,环己烷(CYH)为致孔剂,合成 P(SMA-co-BA-co-ST)高吸油树脂微球。采用红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OM)、热重分析(TG)等手段对树脂微球进行表征。结果表明:所得树脂微球分散性好、粒径均匀,比表面积大。系统分析了各因素对树脂吸油性能的影响,确定最佳反应条件:m[SMA∶BA]=3∶1、ω(ST)=25%、ω(DVB)=0.2%、ω(AIBN)=1.25%、ω(PVA)=1.25%、ω(CYH)=20%,对CCl₄、CHCl₃、CH₂Cl₂的饱和吸油倍率分别为33.50g/g、35.48g/g、22.26g/g,高于同类树脂的吸油性能,本研究将为吸油树脂的合成提供新的思路。

以分解得到的单链脱氧核糖核酸(DNA)对碳纳米管载体进行功能化处理,采用NaBH₄还原法制备Pd/DNA-CNTs催化剂,用于碱性介质中乙醇的电化学氧化。结果表明:DNA的引入有效地促进了Pd纳米粒子在碳载体表面的均匀分散。Pd/DNA-CNTs催化剂显示出较高的乙醇氧化活性和优异的抗中毒能力。研究还发现,DNA用量对Pd催化剂的性能有重要影响。当DNA加入量为1%时,Pd纳米粒子的分散效果最佳,其平均粒径为2.3nm,乙醇氧化峰电流密度可达86.5mA/cm²。计时电流试验表明,Pd/DNA-CNTs催化剂的活性衰减比率远低于Pd/CNTs催化剂,显示出良好的抗中毒能力。

将钛酸丁酯的水解物与铜离子复合,利用超声水热法制备了TiO₂/Cu复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、热重分析仪(TG)、激光粒度分布仪(LPSA)、X射线衍射仪(XRD)对TiO₂和TiO₂/Cu复合材料的粒径、热稳定性、晶型和分散行为等性能进行测试。研究了TiO₂和TiO₂/Cu复合材料对有机污染物的光催化降解性能。结果表明:对比模拟太阳光、自然光和无光照环境下,TiO₂/Cu复合材料对有机污染物有很好的光催化降解效率。TiO₂和TiO₂/Cu复合材料对大肠杆菌也具有较好的抗菌和抑菌性能。

采用溶剂热法制备了具有Z型异质结构的BiOCl/BiOI新型空心微球复合材料,并将其应用于可见光催化降解盐酸四环素(TCH)。结果表明,复合材料在静电场及表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)的共同作用下,通过纳米片的自组装最终形成空心球结构,并具有较强的可见光响应;光催化结果表明,30% BiOCl/BiOI对TCH的降解率最高,达87.4%,催化活性均优于单独的BiOCl和BiOI。自由基捕获实验表明,光催化降解TCH的活性物种主要是·O^-₂,并由此推测了光催化降解机理。

将PVA和牦牛毛提取的角蛋白进行共混,制备了PVA/角蛋白复合膜,探究其对亚甲基蓝的吸附性能,考察吸附时间、角蛋白含量、温度对PVA/角蛋白复合膜吸附性能的影响。结果表明:该复合膜对亚甲基蓝的吸附量随吸附时间先高速升高后趋于平衡,时间趋近于无穷大时,吸附率高达74.33%左右,随角蛋白含量的增大呈增速减缓的上升趋势,随温度升高不断下降,且在各个温度下的吉布斯自由能ΔG都小于0,该吸附反应都能自发正向进行。PVA/角蛋白复合膜对于Langmuir型分子吸附模型、准二级动力学模型的拟合度更高,说明该吸附过程主要由单分子层的化学吸附来完成。

采用溶剂热法合成制备含Co、Mn双金属节点的MOF-74材料,研究了室温下对NO的吸附性能,并通过IAST和穿透实验研究了材料的吸附选择性。结果表明,双金属Mn_0.2Co_0.8-MOF-74具有典型的MOF-74晶体结构,对NO的吸附量达到160.3cc/g,比单金属Mn-MOF-74提高了约19.4%。在低吸附分压时,NO/CO₂的理想溶液吸附(IAST)理论吸附选择性最大可达到397,经过5次循环吸附-脱附实验后的再生性能优良。模拟烟气的双组分穿透实验中,Mn_0.2Co_0.8-MOF-74对NO/CO₂的吸附分离性能达到35.5,可以作为一种优良的NO吸附分离材料。

木材是一种绿色环保、成本较低的天然材料,木材功能化改性是目前的研究热点。介绍了木材脱除组分、冷冻处理、高温碳化和浸渍处理的功能化改性方法。阐述了以木材孔道结构为出发点,对其进行功能化处理,并应用于油水分离、海水淡化、储能器件领域。结合相关研究方法及内容,提出木材功能化改性应用中存在的问题,并对其应用前景进行展望。

随着工业和农业高水平的发展,工业废气的过量排放,对全球气候和环境产生了重大影响。开发一种灵敏度高、操作简单的检测方法,对于环境监测具有重要意义。后修饰MOF材料兼具了MOF的孔隙率高、比表面积大、孔径可调、化学稳定性等优点和光致发光特性,同时在荧光传感方面展现出易于诱导发光、结构和功能成分多样以及检测机制多样等优点,因而在工业废气荧光检测领域表现出良好的应用前景。主要介绍了金属有机框架材料的改性策略及方法,评述近年来后修饰MOF材料对工业有毒气体和挥发性有机物的荧光传感的研究进展,并对后修饰MOF材料面临的问题与挑战和未来的发展方向进行了展望。

碳纤维已在众多领域发挥着越来越重要的作用,质量是其应用的保障,碳纤维原丝用油剂则是其中一个极其重要的质量把控点。经过多年的努力,我国中间相沥青基碳纤维已处于工程化开发进程中,因此亟需专用油剂以保障碳纤维产品的性能与质量。对国内外沥青基碳纤维原丝专用油剂的研究情况进行了总结和分析,具体涉及油剂分类、成分及其功能,以及上油工艺等,重点讨论了油剂成分及上油工艺的改进情况,并对我国中间相沥青纤维油剂今后的研发方向进行了探讨,以期为本行业的研究人员提供一定的帮助。

在能源安全和环境污染的双重压力下,发展煤基炭材料是实现煤炭清洁高效利用,助力实现“碳达峰”和“碳中和”目标的有效途径。煤炭由于储量丰富、碳含量高、具有特殊的芳香结构等特点使其在合成炭材料方面表现巨大潜力。主要综述了煤基炭材料如活性炭、碳点、碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维等的制备技术和应用,并展望了煤基炭材料发展趋势。

以果糖、乙二胺、盐酸为原料,采用水热法将N、Cl原子掺杂在石墨烯量子点上,制备出氮氯共掺杂石墨烯量子点(N,Cl-GQDs),利用透射电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等手段对其结构和性能进行了表征。结果表明:合成的N,Cl-GQDs为分散效果良好的球形,与单独氮掺杂及未掺杂的石墨烯量子点相比,双元素掺杂石墨烯量子点具有更好的光学性能。同时利用电化学发光淬灭原理构建了传感器,实现了对汞离子的检测,计算得出检测限为0.03ng/mL。

结合国内外研究现状,对秸秆生物炭的制备原料、制备方法和改性途径进行了梳理,综述了秸秆生物炭对水体中有机染料、重金属离子、氮、磷、抗生素等污染物的吸附性能及吸附机理。针对现有研究中存在的不足,对生物炭结构和功能缺陷的改善、高稳定性和低生态风险生物炭的研制、高效低耗回收与再生、实际污水处理效能等未来研究方向进行了展望,以期为秸秆生物炭在污水处理领域的应用和发展提供有益参考。

随着纳滤膜应用领域的不断扩大,多孔基膜的性能和表面聚酰胺层的结构成为影响纳滤膜分离性能的关键因素。与传统多孔基膜相比,聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)多孔基膜是一种新型高性能聚芳酰胺材料,具有优异的亲水性、热稳定性和耐酸碱性,是一种理想的膜材料。本研究通过在水相单体溶液中添加金属有机框架UiO-66-NH₂颗粒,研究UiO-66-NH₂的添加量在界面聚合过程中对PPTA多孔基膜表面聚酰胺层结构的影响,并探究所得表面结构对染料废水渗透/分离性能的影响。实验结果表明,当水相单体溶液中加入1.3g/L UiO-66-NH₂时,所得PPTA杂化复合纳滤膜表面呈现纳米条纹状结构。将其用于亚甲基蓝(MB)染料/无机盐分离,与未添加UiO-66-NH₂的纯PPTA纳滤膜相比,PPTA杂化复合纳滤膜对MB截留率高达98.2%,渗透通量19.79L/m²·h·MPa,表现出优良的渗透/分离性能。

金属氧化物吸附剂常被用来处理废水中的锑,然而因其呈粉末状,存在分离回收难问题。采用溶剂热法制备了一种新型的二元锆铁氧化物粉末材料,将其负载到碳纤维表面而获得锆铁-碳纤维复合材料(ZF@CF)并用于水中锑的吸附研究。利用扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)对制得的ZF@CF复合材料进行形貌和结构表征,结果显示锆铁氧化物粉末材料可有效地负载于碳纤维表面,其表面拥有丰富的—OH功能基团。系统研究了溶液pH、不同初始浓度、接触时间和温度等因素对ZF@CF吸附锑效果的影响。结果表明:该材料对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型,吸附量分别为21.65mg/g和14.96mg/g,高于碳纤维材料本身。这表明ZF@CF复合材料具有结构稳定、易回收的特点,对水中锑具有良好的吸附效果,是一种具有良好潜力的除锑吸附剂。

拉挤工艺因其效率高、成本低、重复性好、便于连续化生产等优点,在风电叶片用碳梁中广泛使用。在碳梁的生产过程中,直线度不良是影响碳梁合格率的一项关键因素。通过对实际生产过程中9条碳梁生产线中的各项工艺参数进行分析,确定拉挤工艺中碳纤维含量、纱架角度、夹持数量、固化程度等关键特性对碳梁直线度的影响程度。

将季铵化N-卤胺改性氧化石墨烯与聚乙烯醇(PVA)的氢键反应制备了用于伤口愈合的氧化石墨烯基水凝胶,通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪对样品的微观形貌和晶相结构进行表征并测试了其抗菌性能。结果表明,该水凝胶具有杀菌、生物相容性良好、细胞毒性低的特点,可以持续释放杀菌离子,有利于伤口的恢复且具有可回收性,应用前景广阔。

以硅藻土和TiO₂为微纳米结构的构筑物,以聚二甲基硅氧烷为低表面能改性剂,采用喷涂法在多种基底表面制备超疏水涂层材料。该涂层具有优异的超疏水性能,水静态接触角高达161°,表面自清洁性能优异,且耐热温度可高达350℃。该超疏水涂层材料在纺织品自清洁、医用防水及工业防腐等领域具有一定的应用前景。

以水性聚氨酯乳液(WPU)为基体,引入SiO₂气凝胶(SA),制备了一种隔热性能优良的SA/WPU复合涂料,并探讨了SA用量对SA/WPU复合涂料性能的影响。结果表明,随着SA的加入,在保持透明度良好的条件下,复合涂料的隔热性能、附着力及硬度都得到提高。当复合涂料中SA含量为WPU基体固含量的20%时,复合涂料的隔热性能、附着力以及硬度相对最佳,可以获得综合性能优良的复合透明隔热水性聚氨酯涂料。