高性能纤维增强树脂基复合材料具有卓越的结构整体性及抗分层等特性,在诸多工业领域中具有广泛适用性。在其储藏及使用时,制件强度会不可避免地因湿热老化造成降解和退化。探讨和揭示高性能纤维增强树脂基复合材料在不同湿热老化环境下的力学响应,对其结构件的耐久性、安全服役性能和寿命预估具有至关重要的意义。综述了国内外高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化方面的研究进展,介绍了其吸湿机理以及在湿热环境下的老化机理。梳理了湿热老化环境对于高性能纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响,寿命预测模型等。最后指出了高性能纤维增强树脂基复合材料老化研究存在的问题、面临的挑战,对未来研究发展方向提出了展望。

环氧树脂是目前应用最为广泛的热固性树脂之一,其固化后会形成不溶、不熔的高度交联的三维网络结构,从而导致树脂及其碳纤维复合材料的降解困难而且难以再加工,造成了严重的资源浪费与环境污染。采用可再生生物质原料制备生物基可降解环氧树脂及其碳纤维复合材料,在缓解能源危机、减轻环境污染和实现资源再利用上具有重要意义。综述了生物基可降解环氧树脂及其可回收碳纤维复合材料的研究进展,主要包括含有热或化学不稳定键的可降解环氧树脂的合成、性能、降解机理及其碳纤维的无损回收,并总结了其优缺点。

固体聚合物电解质具有机械柔性、易成膜、不易燃、成本低,以及良好的界面接触等优点,对解决液态锂离子电池在非常规环境下可能产生的安全性问题具有重要意义。然而,聚合物电解质存在离子电导率低、力学性能差、循环寿命短等缺点,限制了其实际应用。大多数研究重点关注电解质离子电导率的提升和界面性能的改善。基于聚合物电解质的优化,重点介绍纳米填料改性对聚合物电解质性能提升的研究进展,对聚合物电解质的现状和发展前景进行简要的总结和讨论。

天然纤维增强树脂基复合材料具有资源丰富、密度小、可生物降解、生态友好、生物相容性好、可再生、成本低等优点,在汽车轻量化、运动设备、家电轻薄化、电气部件和生物医药行业等领域呈现出巨大的发展前景和应用价值,并在国内外得到了广泛的应用。综述了天然纤维混杂增强树脂基复合材料的制备方法、力学性能及其应用,并对天然纤维混杂复合材料的发展进行了展望。

植物纤维属于植物的厚壁组织,植物纤维的利用对我国减少碳排放,实现碳中和目标具有重要意义。植物纤维是一种具备高长径比,能够自交织成型的生物质材料,将其加工成纤维制品,可以减轻对石油基等不可再生资源的依赖。重点介绍了化学拆解、物理拆解和生物拆解获得不同尺度植物纤维的机理、优缺点,并且对拆解后不同尺度的植物纤维所需的成型工艺和发展趋势进行了综述。未来需要在木质素高效拆解的基础上,开发不同尺度纤维的高效成型技术,使预处理和成型工艺更加低碳环保,提高植物纤维制品的应用效果和使用性能。

分子印迹聚合物拥有特定的印迹位点,在结构和功能上与模板匹配,具有高特异性、高稳定性和可重复使用等优势,越来越引起关注。分子印迹聚合物及其复合材料在环境检测、食品安全和法医学等领域有着广泛的应用,如样品前处理、分离纯化和传感。为了解分子印迹聚合物及其复合材料在法医学领域中的研究现状,综述了分子印迹聚合物的基本材料、制备方法以及分子印聚合物在法医学领域取得的最新进展,并对其研究方向进行展望。

金属-有机框架材料(MOFs)是由有机配体与金属中心形成的多孔晶型聚合物。作为MOFs家族的一员,钛基金属-有机框架材料(Ti-MOFs)因其丰富的结构特点和在光催化领域的应用而备受关注。介绍了Ti-MOFs的合成策略,包括原位合成、分步合成和后合成修饰,总结了Ti-MOFs在光催化产氢、CO₂还原、污染物降解、有机转化反应等方面的应用,并对Ti-MOFs的发展趋势进行了展望。

活性炭作为超级电容器电极材料,具有许多优点,但也存在能量密度低、比电容不足的缺点。介绍了双电层电容器和赝电容电容器的储能原理以及生物质活性炭的制备工艺,综述了近年来表面掺杂N、S、O、P和金属氧化物改性生物质活性炭电极材料在超级电容器中的应用,指出了存在的问题及未来研究方向。

为应对环境污染造成的气候变化,中国提出碳达峰、碳中和目标。为实现这一目标,有必要使用新工艺、新设备来改善传统能源造成的温室气体排放。作为介于传统电容器和化学电源之间的一种新型储能器件,超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、温度范围宽和绿色安全等优点,已经广泛应用到电子设备、智慧电网和储能等领域,有效地起到了碳减排作用。电极材料和电解液是构成超级电容器的主要组成部分,也是影响超级电容器性能的关键因素。综述了超级电容器在电极材料及电解液方面的研究进展,并详细介绍了对它们的优缺点,展望了其未来发展趋势。

碳量子点(CQDs)是一种零维荧光碳纳米材料,其尺寸一般低于10nm。由于其独特的荧光性质、光学稳定性、发射光谱可调性、低毒性和良好的生物相容性等优势,从而在化学与生物传感、光催化和防伪等领域起到了重要作用。综述了CQDs材料的合成方法、结构性质和在生物成像、化学传感、光催化和防伪领域的研究进展,并且对CQDs材料的发展进行了展望。

面对全球淡水资源的短缺,光热膜蒸馏因具有能源环保可持续、低能耗、高截盐、不易结垢等优势成为极具吸引力的新型海水淡化技术,其渗透通量与膜的光热转换性能密切相关。介绍了以金属纳米材料、无机半导体材料、碳基材料、聚合物材料及其他材料为光热转换材料的光热膜蒸馏的研究进展,并指出光热膜蒸馏面临的主要挑战和对未来的展望。

金属-有机框架(MOFs)是一种由金属离子团簇和有机配体通过配位键桥连形成的多孔晶态材料,具有高孔隙率、高比表面积、易于功能化修饰等特点,在气体吸附、催化、传感、医药等方面都具有潜在的应用价值。然而,MOFs材料的不同合成方法往往会直接影响材料形貌并导致其性能差异,通过改变合成方法,能够显著改变材料性能并应用于不同领域。综述总结了近年来MOFs材料的多种合成方法及其典型应用进展,并探讨了不同合成方法的优缺点,最后对其未来发展趋势进行了展望。

电催化裂解水产氢是一种可持续的环保能源储存技术,也是降低碳排放的重要手段。金属有机框架(MOFs)因具有比表面积大、孔隙率可调、结构调整多样化及修饰策略简易等优点,从而在电催化析氢领域引起了研究者的广泛关注。综述了Co基金属有机框架(Co-MOFs)及其衍生材料的制备方法、结构调节,以及微观结构对催化活性、催化稳定性和析氢能力的影响。结果表明:Co-MOFs及其衍生材料较传统催化剂表现出更加优异的电化学析氢活性。此外,提出了高性能催化剂的设计策略,并对其在电催化析氢领域的应用前景进行了展望。

树枝状介孔二氧化硅纳米粒子(DMSNs)独特的三维中心辐射状孔道结构使其具有出色的比表面积和孔体积,表面硅羟基官能团可作为功能化活性位点。已有研究表明,DMSNs基新型吸附剂材料能够替代传统二氧化硅材料(如MCM-41和SBA-15),对重金属离子具有优异的去除作用。综述总结了DMSNs基新型吸附剂材料的功能化方法,比较了其和功能化MCM-41或SBA-15对不同重金属离子(Pb²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺等)和放射性金属离子(U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)等)的吸附性能,以期为设计具有优越重金属离子去除能力的DMSNs基新型吸附材料提供理论指导。

通过原位溶剂热反应将锆-金属有机框架(UIO-66)沉积在棉布上,并采用冷冻界面聚合法聚合聚吡咯(PPy)从而获得PPy@UIO-66@棉复合织物电极材料。通过扫描电镜、红外光谱、循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等手段对该复合织物电极的形貌结构和性能进行了表征。结果表明:利用该织物电极组装的超级电容器在电流密度为1.6mA/cm²条件下面积比电容为3888mF/cm²(相应的质量比容量为410.4F/g),经过1000个充放电循环后比电容保持率为73%。

由于氮掺杂多孔碳材料不仅保留原有材料的高比表面积、高孔隙率和发达的孔道结构等优势,还兼具杂原子良好的润湿性能和导电性,被广泛应用于超级电容器电极材料的研究。以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4′-二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过水热法,在高温高压的条件下,分子链进行“自上而下”的折叠,形成三维纳米微球结构。借助对纳米球的高温热解,使氮元素保留在碳材料中,得到含有大量微孔和介孔结构的掺杂氮碳微球。当碳化温度达到800℃时,PI碳球具有709.39m²/g的高比表面积和良好的氮掺杂率,很大程度上提高了此类电极材料的比电容和润湿性能。电化学测试表明,当扫描速率为0.5A/g时,电极材料能够达到253.6F/g的比电容,且在电流密度达到10A/g时,电极材料的电容保持率为59.6%。同时,在循环10000次后,比电容保持率出现涨幅达到105%,具有优异的循环稳定性。综上,通过自组装和氮掺杂的有效结合,制备的3D氮掺杂多孔碳微球具有理想的电化学性能,为制备超级电容器电极材料提供了一种可供参考的工艺。

以聚醚砜(PES)为基体、氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNT)为填料,利用溶剂冷冻模板法,制备了PES/GO和PES/CNT气凝胶材料。通过扫描电子显微镜、导热系数仪、红外热成像仪、力学试验机等对气凝胶材料进行表征。结果表明,通过定向冷冻和升华溶剂获得微观取向的孔道结构保证了气凝胶优异的隔热性能和力学性能。随着纳米碳材料和PES基体含量的变化,气凝胶的导热系数在0.0307～0.0698W/(m·K)之间,压缩强度在0.2～1.0MPa(30%应变),而纳米碳材料的加入使得导热系数和压缩强度存在平衡关系。

为提高铁铁基普鲁士蓝(NaFeHCF)电极材料中电荷迁移速率以及离子扩散速率,采用水热合成法在碳布(CC)表面原位生长NaFeHCF晶体,制备了无粘结剂的NaFeHCF@CC电极材料,采用扫描电子显微镜和粉末X射线衍射仪对晶体结构和形貌进行表征,探究了碳布的活化处理和不同水热反应时间对NaFeHCF晶粒结构及电化学性能的影响。结果表明,碳布活化处理后,碳纤维表面有较多的生长位点,提高了碳布对NaFeHCF晶体的负载量;在活化处理的碳布基底上水热反应12h生长的NaFeHCF晶体结构较为完整,结晶度高,制备的电极材料循环300圈后面容量达0.10mAh/cm²,容量保持率达到74.5%。

钴酸锂(LCO)作为锂电池正极材料,在电子产品领域有非常广泛的应用,但由于高电压下会导致其晶相的不可逆相变从而导致循环稳定性降低,因此如何提高钴酸锂在高电压下的电化学稳定性一直是研究热点。为了改善钴酸锂的电化学稳定性,采用固相球磨-烧结法合成了Al-Mg共掺杂的LCO材料。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)及电化学性能测试表征晶体结构、形貌和测量其循环稳定性。结果表明:Mg、Al进入钴酸锂晶格内部后有效地提高了其电化学稳定性,当Al掺杂量为0.1%,Mg掺杂量为1%时,在0.5C的倍率,3～4.5V的电压下,首圈放电比容量可达136.7mAh/g,100圈后的容量保持率可达76.2%,同时也表现出了良好的倍率性能。

采用传统高温固相法在1050℃烧结下制备了Na₂Ca_3-xSi₆O₁₆∶xEu³⁺红色荧光粉,其中Na₂Ca_2.93Si₆O₁₆∶7% Eu³⁺荧光粉的发光性能最好。采用溶胶-凝胶法制备出纳米SiO₂并包覆在Na₂Ca_2.93Si₆O₁₆∶7% Eu³⁺荧光粉表面,包覆量为2%～10%(wt,质量分数,下同)。通过X射线衍射仪、激发-发射光谱分别对荧光粉物相结构和发光性能进行表征,采用CIE色度坐标分析软件对样品的色度图进行绘制。结果表明纳米SiO₂包覆量不同的荧光粉其基质结构未发生改变,纳米SiO₂包覆膜是无定型的,样品的发射峰位置没有变化,但发射强度不同;当纳米SiO₂包覆量为8%时,荧光粉发射强度最高,比Na₂Ca_2.93Si₆O₁₆∶7% Eu³⁺荧光粉的发光强度明显提高,且此时色纯度更高,更接近正红色,CIE色度坐标为(0.5282,0.3210)。

以双酚A型二醚二酸酐(BPADA)为反应起始原料,与烯丙基胺反应合成含酰亚胺环化合物BPADA-AA,然后将BPADA-AA与三乙氧基硅烷通过硅氢加成反应制备新型含酰亚胺环硅烷偶联剂BPADA-AA-TES,并对其结构进行了红外光谱、核磁谱图表征,也证明了新型硅烷偶联剂结构的正确性。之后对BPADA-AA-TES做了热重(TG)和差示量热(DSC)谱图的热性能分析,测试出玻璃化转变温度(T_g)为155℃,分解温度(T_d10)为431℃,具有较好的耐热性能。

以氯化聚氯乙烯(CPVC)超滤膜为基膜,将多巴胺(DA)和聚乙烯亚胺(PEI)共沉积后,与均苯三甲酰氯(TMC)进行界面聚合制备了聚酰胺/聚多巴胺/氯化聚氯乙烯(PA/PDA/CPVC)复合纳滤膜。通过傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜、接触角仪对PA/PDA/CPVC复合纳滤膜选择层的化学结构、微观结构、表面粗糙度及亲水性进行了表征,探讨了PEI质量浓度对复合纳滤膜结构和性能的影响。研究结果表明:随着PEI质量浓度的增大,复合纳滤膜表面变得光滑、亲水性增强,通量先增大后减小;PEI质量浓度为5g/L时,复合纳滤膜的通量达到最大。PA/PDA/CPVC复合纳滤膜对染料活性黑5(RB5)的截留率皆高于94%,而对NaCl的截留率低于5.6%,说明该复合纳滤膜能够对染料和盐进行较好的分离,复合纳滤膜在模拟RB5染料废水处理中稳定性良好。

采用蒸汽诱导法辅助浸没沉淀相转换法制备了硅橡胶-聚偏氟乙烯(PDMS-PVDF)疏水微孔膜并用于真空膜蒸馏NaCl水溶液,通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、接触角测试仪对微孔膜的形貌结构和表面接触角进行表征和测试,研究了相对湿度对微孔膜结构和性能的影响。结果表明:随着相对湿度的增加,微孔膜表面接触角逐渐增加,孔隙率提高,平均孔径为(31±2)nm;截留率均达到99.9%以上,渗透通量先增加后降低;相对湿度为70%时制备的微孔膜渗透通量可达5.2kg/(m²·h)。

制备了一种具备高透光性的SiO₂/碱性有机硅低聚物超疏水复合自清洁涂层。首先以正硅酸乙酯(TEOS)为原料、全氟癸基三甲基氧硅烷(PFDT)为改性剂,通过Stober法得到SiO₂改性粒子溶液,然后以TEOS与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)为预聚物、PFDT为改性剂,在碱性条件下制备出改性的机硅低聚物溶液。将改性的SiO₂溶液与改性的碱性有机硅低聚物溶液按比例混合,最后将混合溶液喷涂于载玻片上,室温下静置6h得到透明超疏水自清洁涂层。探究了有机硅低聚物中TEOS、KH560以及氨水的量对复合涂层的影响。结果表明:当氨水、TEOS、KH560的量分别为1mL、6mL、0.4g,SiO₂改性溶液与碱性有机硅低聚物量的比值为2∶1时,涂层的接触角达到150°,透光率为91%,附着力为1级。涂层具有良好的自清洁性能,在经过300℃的高温加热后仍保持其疏水性。涂层制备工艺简单,适用于大规模工业生产。

针对现有的水系可剥离放射性去污剂成膜固化时间长的不足,以氯丁胶乳(CRL)作为主要成膜材料,采用无机盐组分溶液对CRL/PU(聚氨酯)复合乳液进行诱导破乳的方法,设计并制备了一种双组分快速固化可剥离放射性去污剂。考察了不同CRL/PU质量比、无机盐破乳剂的种类及含量对去污剂固化成膜时间和膜体力学性能的影响,获得了双组分快速固化可剥离去污剂最佳制备工艺,并对其快速固化机理进行了探讨,同时讨论了不同施工工艺对去污剂快速固化性能的影响,为相关涉核场所表面放射性污染物的快速去除提供了技术支撑。

采用熔融密炼接枝工艺,以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,低分子量液体丁苯橡胶(LSBR)为接枝物,制备了接枝聚合物EPDM-g-LSBR,研究了制备条件对接枝聚合物红外光谱和热失重行为的影响;将EPDM-g-LSBR作为相容剂用于EPDM/SBR的增容性共混,并与常用的商业化嵌段聚合物乙烯-乙酸乙烯酯(EVM)和苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEPS)的增容效果进行了对比,研究了其用量对并用胶硫化特性和硫化胶力学性能的影响。结果表明,LSBR接枝到EPDM分子主链上,接枝量的变化未对产物的热降解温度造成显著影响;接枝物EPDM-g-LSBR增容后EPDM/SBR并用胶力学性能有明显改善,添加8份时,材料的拉伸强度和断裂伸长率比未添加相容剂的体系提高了24.3%和15%,邵A硬度由未添加的75.4降低到72.6。通过对混炼胶的断面进行扫描电镜分析发现EPDM-g-LSBR的加入使EPDM在SBR中的海岛分散结构消失,增加了两相的相容性。

利用硝酸钴和铁氰化钾在水溶液中沉淀反应以及ZIF-8在水溶液中的部分分解,分别制备了2种组成相近但结构不同的双金属有机框架前驱体Co-Fe precursor和ZCF precursor。经过多巴胺包覆,对2种产品在氩气气氛下退火获得碳化产物。将碳化产物与纳米硫粉混合得到的碳/硫复合材料(E-CoFeCN@C/S、E-ZCF@C/S)分别作为正极,组装扣式锂硫电池并测试电化学性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、热重分析仪进行形貌和结构分析。在组成相似的情况下,核壳结构碳载体(E-CoFeCN@C)与发散式结构碳载体(E-ZCF@C)对锂硫电池性能的影响呈现出“此消彼长”的特点:E-ZCF@C/S在循环伏安测试中表现出更小的极化以及更强的电流响应,在电化学阻抗测试中表现出更低的电荷转移阻抗,表明该材料有利于促进正极电荷传递过程,即加快电极反应动力学。E-ZCF@C/S在0.2C倍率下放电初始比容量为1211.3mAh/g,在2C倍率下放电初始比容量为794mAh/g,均优于E-CoFeCN@C/S。而核壳结构的优势主要体现在容量衰减方面,E-CoFeCN@C/S在0.2C倍率下经过100次循环后平均衰减率为0.074%(E-ZCF@C/S为0.26%),在2C倍率下循环300次后平均衰减率为0.047%(E-ZCF@C/S为0.13%),说明核壳结构对活性物质的锚固作用明显而对电荷转移不利。

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)、衣康酸(ITA)及10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(ODOPB)等为原料,制备了一种新型聚磷酸酯阻燃剂聚2-[(10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)亚甲基]丁二酸-1-[2-(10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物)]对苯二酚酯(POBHOP)。将其应用于环氧树脂EP(E-51)中,制备EP/POBHOP阻燃复合材料。利用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重分析(TGA)、拉伸和冲击测试等方法研究了该阻燃复合材料的燃烧性能、热稳定性和力学性能。实验结果表明,加入5%POBHOP后,EP/POBHOP复合材料的LOI达到30.3%,UL-94为V-0级,TGA显示700℃下剩余残炭量达39.49%。力学性能测试结果显示,EP/POBHOP复合材料拉伸强度和断裂伸长率均出现先增后降现象,冲击强度略微下降。

作为具有代表性的二维纳米材料之一,MXene通过层层堆叠可以构建具有分子筛分通道的新型二维分离膜。利用氟化锂/盐酸原位生成氢氟酸的方法,系统地研究了刻蚀液浓度对碳化钛(Ti₃C₂)系MXene纳米片结构的影响,并利用热处理探究了MXene二维膜的结构演变。结果表明,当刻蚀剂中F^-的摩尔质量是Al³⁺的7倍及以上时,能获得较好的单层MXene,且纳米片层之间的层间距随着刻蚀剂中F^-浓度的提高而增大;利用热自交联反应,可以在增强纳米片层与片层之间作用力的同时,改变纳米片的层间距。

将聚丙烯微孔过滤膜浸渍到不同比例荧光指示剂(四(五氟苯基)卟啉铂(PtTFPP)和聚合物基质(乙基纤维素)的混合溶液中,制备了一系列氧传感膜。采用扫描电子显微镜、激光共聚焦荧光显微镜和荧光光谱仪表征了氧传感膜的形貌和光学性质,并得到最佳配比的氧传感膜。连续监测14d后,氧传感膜的真空相位降低了7.69%,使用特定的发光二极管(LED)光照老化装置对氧传感膜进行连续光照老化实验。结果表明,老化10h后氧传感膜的真空相位下降速率降低。测试了老化10h后氧传感膜的稳定性,发现紫外光和绿光老化的氧传感膜真空相位下降幅度分别为1.35%和2.40%,明显小于未老化的氧传感膜。光老化法可以提高氧传感膜的稳定性,在实际应用中具有广阔的前景。

以乙基纤维素为壁材,电气石粉体为芯材,采用乳化-溶剂蒸发法制备电气石微胶囊,通过单因素实验分析了工艺条件对电气石微胶囊负载量和粒径的影响,利用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热分析仪和空气离子计数器等对微胶囊的微观形貌、结构、热稳定性、负载量以及负氧离子释放性能进行表征。结果表明:在芯壁质量比为1∶2、乳化剂含量为连续相溶剂的0.5%、搅拌速度为400r/min、溶剂挥发温度为57℃时,微胶囊负载量达到46.2%(质量分数),平均粒径为20.3μm;电气石粉体被乙基纤维素有效包覆,电气石微胶囊呈规则的球状,表面光滑,壳层上分布着大量的孔道。热重分析表明电气石微胶囊在200℃后才有明显的质量损失,热稳定性较好。负氧离子动态释放量大约15d达到平衡稳定状态,释放量约为850个/cm³。

1,2,3,5-噁四嗪环密度为1.60g/cm³,爆速为9.13km/s,爆压为34.36GPa,具有超高能量性能。以 1,2,3,5-噁四嗪的两种同分异构体为主要骨架引入硝氨基、三硝甲基和氟偕二硝甲基等含能基团,设计了新型噁四嗪含能化合物。采用密度泛函理论B3PW91/6-31G(d,p)基组,优化化合物的几何结构,计算化合物的密度、生成焓、爆速、爆压和撞击感度等相关性能参数。计算结果表明,所有化合物的密度均在1.62～2.03g/cm³,爆速均在9.13～10.60km/s,爆压均在34.23G～48.26GPa;化合物的热稳定性较好,大部分化合物键解离能大于230kJ/mol。其中,含有偕氟二硝甲基的化合物表现出优异的综合性能,两种化合物的密度均在1.93g/cm³以上,爆速均在9.89km/s以上,爆压均达到45.26GPa。

为探究浸渍工艺对活性炭理化性质及性能的影响,以脱除木质素的竹纤维为原料,氯化锌为活化剂,通过真空浸渍、常温搅拌浸渍、物理混合浸渍3种不同的方式浸渍竹纤维,采用化学活化法制备竹纤维基活性炭。通过比表面积及孔径分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪等对活性炭的孔隙结构、化学结构和晶体结构进行表征,并探讨不同浸渍方式制备的活性炭对亚甲基蓝的吸附能力及电化学性能。结果表明:常温搅拌浸渍制备的活性炭比表面积最大,为2096.981m²/g,物理混合浸渍制备的活性炭比表面积最小,为1788.566m²/g;常温搅拌浸渍制备的活性炭微孔最多,真空浸渍制备的活性炭中孔最多;竹纤维活化后纤维素及半纤维素基本分解,不同浸渍方式制备的活性炭官能团并无显著差异;活化后纤维晶型遭到破坏形成无序炭结构,3种浸渍方式制备的活性炭均具有部分石墨和无序石墨的特征。电化学性能测试表明:3种活性炭均表现出明显的双电层电容特性及可逆性;不同电流密度条件下搅拌浸渍制备的活性炭比电容均最高,电流密度为0.2A/g时比电容达到257F/g;真空浸渍制备的活性炭电荷转移电阻更低,物理混合浸渍制备的活性炭具有更好的导电性;真空浸渍制备的活性炭对亚甲基蓝的吸附能力最好,对亚甲基蓝的平均吸附量为841.5mg/g,物理混合浸渍制备的活性炭吸附性最差。

为实现核电控制区一次性防护服溶解减容处理的目的,利用热水可溶的聚乙烯醇(PVA)为基材制备防护用PVA复合材料。通过溶液流延涂布法制备PVA膜,再利用超声波焊接将PVA膜与PVA水刺非织造布结合制备不同克重的PVA复合材料并对其性能进行研究。借助扫描电镜、红外光谱对PVA膜、PVA非织造布、PVA膜/PVA非织造布结合点的表面形貌及分子结构进行表征,同时通过水溶测试、力学性能测试、吸水性及透湿性测试研究PVA复合材料的热水溶解情况、力学性能及吸湿透湿能力。结果表明:PVA膜表面光洁,致密性好;PVA膜与PVA非织造布结合良好。所制备的6种不同克重的PVA复合材料,在70℃热水中开始溶解,随着温度的升高,复合材料溶解速度逐渐变快,模拟热水淋洒布样表面,布面变化不大。PVA非织造布克重影响其内部结构和纤维排列状态,从而对力学性能产生一定的影响,拉伸强度随着试样克重的增大呈现先增大后减小的趋势。几种不同克重材料吸湿性能差异较小。综合比较发现当复合材料克重为85g/m²时材料性能较优。

采用热重-差热分析仪研究玻璃纤维/环氧树脂复合材料在空气及氮气氛围下不同升温速率的热解特性规律。结果表明,在空气气氛下,热解分为两个阶段;氮气气氛下,热解只存在一个热分解阶段,与空气气氛相比热解初始分解温度较高,热解温度范围变窄,失重速率明显变大。在两种气氛下,玻璃纤维均不参与热解。随着升温速率的增加,热解反应各阶段的起始温度、终止温度、最大失重速率温度均向高温方向移动,热解温度范围大小都基本保持不变。氮气气氛下使用Kissinger法、FWO法和Starink法计算出玻璃纤维环氧树脂的平均表观活化能分别为106.42、123.09和119.48kJ/mol。复合材料活化能随转化率的增加而升高,表观活化能保持在一定数值范围内且数值相近,热解反应比较稳定,具有较低A值,表明其具有较强的热稳定性。

以丙烯酸为单体,过硫酸钾、亚硫酸氢钠为氧化还原引发剂,与聚乙烯醇共混,采用溶液聚合法制备了丙烯酸高聚物溶液,浸轧丙纶热熔无纺布织物,经烘干得到超吸水织物,通过傅里叶变换红外光谱仪、场发射扫描电子显微镜、同步热分析仪对超吸水织物的结构、形貌和热性能进行分析,考察了聚合反应水浴温度、丙烯酸中和度、聚乙烯醇添加量、带液率对吸水倍率的影响,并对吸水机理进行探讨。结果表明:在聚合反应水浴温度为75℃,丙烯酸中和度75%,聚乙烯醇添加量(对单体)为5%(质量分数),带液率为500%,烘干温度为120℃条件下,制备的超吸水织物吸蒸馏水倍率为109.82g/g。

采用物理共混法制备水性环氧乳液/海泡石复合改性苯丙乳液涂层,探讨了苯丙-水性环氧乳液配比,三乙醇胺、填料及乳化沥青掺量对涂层粘结强度的影响,同时考察了复合涂层的抗渗性和耐高低温性。结果表明,当苯丙乳液与水性环氧乳液的有效质量比为1∶2,三乙醇胺、海泡石和乳化沥青掺量分别为2%、3%、5%时,复合涂层粘结强度为3.54MPa,与钢板间具有较好的相容性,且不透水性和耐高低温性优良。

将铁锰铈(Fe-Mn-Ce)负载于PA6静电纺丝上制备抗团聚性强、吸附效果好且易分离回收的新型吸附剂Fe-Mn-Ce-PA6。扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析均显示Fe-Mn-Ce颗粒已成功负载到PA6静电纺丝上。吸附实验研究结果表明,Fe-Mn-Ce含量为25%时制备的吸附剂对水中Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)具有良好的吸附效果,且其在Pb(Ⅱ)初始浓度为10mg/L,吸附剂投加量为0.2g/L,pH为6的条件下对Pb(Ⅱ)的去除率为98%;在Cr(Ⅵ)初始浓度为20mg/L,吸附剂投加量为0.2g/L,pH为6的条件下对Cr(Ⅵ)的去除率为98.5%。该吸附剂对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附等温模型均符合Freundlich模型,而吸附动力学行为分别符合准一级动力学模型和准二级动力学模型。循环再生实验表明,该吸附剂经五次循环后对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)依然可以保持良好的去除率。

以天然沸石为原料,制备La/Al负载天然沸石,用于水中F^-的吸附,并对其吸附动力学、等温吸附性能、再生能力和吸附机理进行探讨。结果表明,该吸附剂对F^-的吸附符合拟二级动力学模型和Langmuir模型,在298K温度条件下,理论最大吸附量为19.2mg/g。pH的升高不利于F^-的吸附。Cl^-、NO^-₃对F^-的吸附影响较小,而HCO^-₃和H₂PO^-₄的存在不利于F^-的吸附。在0.5mol/L NaOH条件下,经过5次循环再生,吸附剂对F^-的吸附量降低16.7%。SEM、BET、EDS-mapping和XPS分析表明,F^-的吸附机理主要为配体交换。

针对水体钒污染现象,以经磷酸浸渍的马缨丹为原料制备多孔生物炭后负载聚乙烯亚胺(PEI),得到PEI功能化多孔生物炭(PBC)。采用BET、扫描电镜(SEM)、EDS能谱和红外光谱(FT-IR)进行表征,并探究其对水中钒离子[V(Ⅴ)]的吸附。结果表明:PBC具有丰富的孔隙结构及表面官能团,比表面积和孔容分别为原始炭(LBC)的5.87倍和12.33倍;PBC和LBC对V(Ⅴ)的饱和吸附量分别为147.47mg/g和4.98mg/g;PBC对V(Ⅴ)的吸附行为符合Langmuir模型和拟二级动力学模型,可选择性高效吸附水中V(Ⅴ)并循环再生利用。PBC对V(Ⅴ)的吸附机理以静电作用、多孔吸附、络合及还原作用为主。

采用山竹皮粉末为原料,通过吸附作用将铅离子定量负载。吸附实验表明,随着pH升高,山竹皮粉末对铅离子的吸附率明显增加,最大吸附量达到1.0mol/kg,且40min内可达到吸附平衡。热重分析结果显示,山竹皮粉末负载的铅离子数量对其开始剧烈燃烧热分解的特征温度起到明显的降低作用。在一定浓度范围内(<2mmol/L),负载的铅离子数量越多,山竹皮粉末开始燃烧的热分解温度以及剧烈燃烧的温度都会显著降低;而当吸附的铅离子数量达到一定程度之后(≥2mmol/L),山竹皮粉末剧烈燃烧的热分解温度则不再发生明显的变化。原因是在山竹皮粉末燃烧过程中铅离子起到了催化剂的作用,可以促进燃烧反应,将山竹皮粉末的燃烧分解温度从441℃降低到405℃。

金属有机骨架(MOFs)具有孔隙率高、比表面积大等特点,其衍生物重量轻、带宽宽、损耗能力强,具有有序规整以及易设计性的组分结构而被广泛用于电磁波吸收研究。总结了单金属、双金属及金属氧化物MOFs碳基吸波材料作为微波吸收材料的性能、优势及其在电磁波吸收方面的应用等,分析了不同组分和组分设计对电磁波吸收性能的影响。尽管还面临许多的挑战,但MOFs衍生物作为电磁波吸收材料显示出广阔的发展潜力。

以丙炔酸甲酯为原料,分别与2-二乙基氨基乙醇、N-甲基二乙醇胺和三乙醇胺经常温羟基-炔点击反应在无催化剂和无溶剂条件下制备得到三组含叔胺和乙烯基醚非传统发色团的有机荧光化合物。利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和核磁共振波谱仪(NMR)确证所得化合物的分子结构。利用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和荧光分光光度计探究了化合物的荧光性能,结果表明:所得三组化合物均表现出浓度增强发光及激发波长依赖荧光特性。以三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺和2-二乙氨基乙醇分别反应所得化合物的发射波长依次红移,且其红移程度依赖于化合物的浓度,表现出结构和浓度依赖红移荧光特性。该方法实现了简单调控化合物的结构和浓度得到长波长的非传统有机荧光化合物,这为设计长波长非传统荧光材料提供了新的方法和思路。

共轭微孔聚合物(CMPs)有制作方法简单多样、比表面积大、物理化学稳定性好、结构形貌可调等特点,因此受到广泛关注。近年来,共轭微孔聚合物的多种合成方法和新应用成为了研究热点,CMPs主要用途包括超级电容器、非均相催化、化学传感器、太阳能界面蒸发、抑菌材料、阻燃材料。重点介绍了共轭微孔聚合物的多种合成方法以及CMPs的多种应用领域,并且对目前合成CMPs的难点进行总结。

析氧反应(OER)是电解水制氢的阳极反应,其反应速度仅为阴极析氢反应(HER)速度的十分之一。为了加快反应速度,通常需要使用RuO₂等贵金属催化剂,但贵金属的稀缺性及较低的催化活性限制了其发展。金属有机框架(MOFs)材料是一类非常具有发展前景的OER电催化剂,然而目前MOFs在电催化OER中的应用也面临诸多问题,例如制备过程复杂、配体价格昂贵、催化活性低等。在此,提出了一种简易的表面活性剂辅助法制备Co-Cu双金属MOF纳米片的方法,在室温下搅拌对苯二甲酸和硝酸铜、硝酸钴,十二烷基硫酸钠的混合溶液,即可得到尺寸约为100～200nm的Co-Cu MOF纳米片。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对材料结构进行了表征。电催化OER性能测试表明,Co-Cu MOF(n_Co∶n_Cu=2∶1)在碱性条件下对OER反应具有优异的OER活性,达到电流密度10mA/cm²时的过电位(η₁₀)仅为320mV,明显优于单一的Co MOF(430mV)和Cu MOF(几乎没有活性)。理论研究表明,Cu²⁺的加入能提高Co MOF中Co的氧化态,进而提高其OER活性。该法操作简单、原料价格便宜,适合大规模生产,具有较好的应用前景。

为了提高超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的耐热性,采用超级电容活性炭(微米级)对UHMWPE进行填充改性,制备活性炭/UHMWPE复合材料。通过热重(TG/DTG)测试和维卡软化点温度测试分析了复合体系的热性能;同时研究了活性炭含量对UHMWPE的电学性能、冲击性能、表面及摩擦系数的影响。结果表明:活性炭填充可使UHMWPE材料失重5%时的分解温度提高17.44℃,维卡软化点提高了约18℃;且活性炭对UHMWPE复合体系的抗静电性、冲击性能、表面均有比较明显的改善。

制备了指状孔、海绵孔及分段指状孔3种不同结构的聚醚砜(PES)超滤膜和磺化聚砜(SPS)改性聚醚砜膜,通过牛血清蛋白(BSA)过滤对不同结构PES膜的污染情况进行阻力分析,通过碱洗前后通量衰减及泡点对比,检验不同类型PES膜的稳定性。结果表明:以指状孔为主的PES膜总阻力最小,其原膜阻力和浓差极化阻力占比最低,阻力主要来自孔隙堵塞,占比高达80.82%;以海绵孔为主的PES膜总阻力居中,尽管浓差极化阻力最大,但吸附占比最低仅为1.80%;分段指状孔的PES膜总阻力最大,原膜、吸附及孔隙堵塞阻力占比皆最高,而浓差极化阻力居中;根据碱洗后表现,除指状孔PES膜外,其他3种膜都有第二次过滤通量高于初始值的现象,从配方角度分析,由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯亚胺(PEI)及SPS改性膜的耐碱性不如两亲性共聚物。

为了拓宽发泡木塑复合材料(FWPC)的功能性,以沙柳木粉、高密度聚乙烯(PE-HD)为主要原料,纳米炭黑(Nano-CB)为导电填料,聚磷酸铵(APP)和硼酸锌(ZB)作为阻燃剂和抑烟成分进行复配,采用发泡工艺和模压法制备阻燃抗静电型发泡木塑复合材料。研究APP/ZB协效阻燃剂质量比对FWPC力学性能、阻燃抑烟性能及热稳定性能的影响。结果表明:当APP/ZB总加入量为20%,质量比为4∶1时,FWPC的各项性能相对较优,静曲强度、弹性模量、拉伸强度和冲击强度分别为30.11MPa、2636MPa、14.65MPa和3.72kJ/m²,氧指数达27.3%,属难燃级别;与单独加APP时相比,力学性能降低,烟释放速总量降低11.93%,CO产率峰值和平均CO产率分别降低80.6%和49.3%,总失重率从63.53%降至61.42%,热稳定性能提高;FWPC燃烧后炭层表面凹凸不平,复合材料的阻燃和抑烟性能得到提升。

近年来,稀土金属有机骨架(Ln-MOFs)因具有捕获CO₂的优势而备受关注。Ln-MOFs因自身镧系离子存在特殊的电子排布而具有一些独特的功能,在气体吸附方面有一定潜能。综述了Ln-MOFs材料吸附CO₂的研究进展,介绍了配体选择及吸附结果,总结了提高CO₂捕获能力的方法,同时分析了Ln-MOFs材料使用中存在的问题,并对Ln-MOFs未来的发展前景进行了展望。

以羧甲基壳聚糖(CMCS)、银氨溶液为主要原料,采用微波辐射法合成具有缓释抗菌作用的羧甲基壳聚糖/纳米银(CMCS-Ag)抗菌剂。研究反应时间与温度对CMCS-Ag抗菌剂中纳米银生成量的影响,以较优条件制备抗菌剂并通过紫外-可见光谱、X射线衍射、透射电镜及红外光谱对抗菌剂进行结构表征,与商用纳米银进行对比测试,对CMCS-Ag抗菌剂的抗菌性能与Ag⁺缓释性能进行评价。结果表明:羧甲基壳聚糖与银氨溶液比例为100mg∶0.4mmol时,在70℃、40min条件下制备出CMCS-Ag抗菌剂的纳米银含量最高,纳米银浓度为(1250±2.8)mg/L;CMCS-Ag抗菌剂中纳米银晶型良好且粒径较小,平均粒径为(26±0.12)nm,能够均匀地负载于CMCS网状结构中;CMCS-Ag抗菌剂对大肠杆菌最小抑菌浓度为7.81mg/L、对金黄色葡萄球菌为15.63mg/L,抗菌效果优于商用纳米银;CMCS-Ag抗菌剂240h累计Ag⁺释放浓度为(26±0.5)μg/L,Ag⁺释放总量低于商用纳米银,Ag⁺缓释性能优于商用纳米银。

钛基金属有机框架(Ti-MOFs)因其优异的热稳定性、化学稳定性、光催化活性及独特的晶体结构而在催化领域受到广泛的研究。由于Ti-MOF的合成困难,其优势难以得到展现,从而在应用方面受到限制。介绍了具有代表性的Ti-MOF的结构、合成方法,并详细讨论了Ti-MOFs在光催化分解水产氢、CO₂还原、降解有机污染物及固氮等方面的应用,最后对应用方面固氮的机理进行了简单介绍。

随着工业的发展,各种工业废水的处理问题引起了广泛的关注。碳纳米材料特殊的结构决定了其具有超强的吸附能力,在水处理工艺中体现出巨大的应用潜力。综述了三种碳纳米吸附材料即碳纳米管复合材料、石墨烯复合材料及碳包磁性纳米材料近年在水处理方面的研究现状,并对研究现状进行了总结,对未来发展方向进行了展望。

以蔗渣纤维素、海藻酸钠为三维网络框架,膨润土为吸附功能单元,采用金属离子交联法联合物理包载法制备蔗渣纤维素-海藻酸钙-膨润土多孔微球,研究其对罗丹明B吸附性能,探究其吸附机理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重(TG)等表征手段分别对多孔微球形貌、晶相和热稳定性进行表征。结果表明:在固液比2g/L,染料溶液pH=3,体积为25mL,初始浓度为400mg/L,吸附温度为318K,吸附360min后,吸附量高达87.14mg/g。多孔微球吸附罗丹明B过程符合准二级动力学模型,罗丹明B在多孔微球吸附遵循Langmuir等温线吸附模型。吸附罗丹明B前后,多孔微球为类球形,具有一定孔隙结构;多孔微球中膨润土晶型结构无明显改变,且具有一定热稳定性。

在污染日趋严重的今天,环境催化技术愈发重要。催化剂催化性能与其活性位点息息相关,传统纳米催化剂因原子间堆叠导致有效活性位点不足。近年来,具有单位点、100%原子利用率及特殊电子结构的单原子催化剂(SACs)受到广泛关注,有望提高反应催化效率。总结了SACs的合成策略,梳理了其近年来在CO₂还原、CH₄部分氧化及有机物降解等环境领域的应用,并对其未来发展进行展望。