系统综述了铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)复合材料的研究进展。就复合材料的动态力学性能而言,应变率越大,强度越高;复合材料中Al含量增加,弹性模量和屈服强度随之增加;温度升高,复合材料韧性增加,但动态压缩强度降低;铁粉、镍粉、钨粉、氧化铜、氢化钛、氢化锆等可以提高Al/PTFE复合材料的抗压强度。就复合材料的热性能而言,Al/n-PTFE的放热量远高于其他铝热剂,且纳米级铝粉与PTFE的反应性优于微米级铝粉。就复合材料的点火和燃烧性能而言,复合材料中PTFE的质量含量约35%时,燃烧压力最高,燃烧时间最短,中心火焰温度也最高;限域空心结构的复合材料样品燃烧优于实心、空心、核壳结构的样品;氢化钛、高氯酸铵、碳纳米管具有一定的助燃作用。就复合材料的冲击反应性能而言,加载应变率越高,材料反应延迟时间越小,反应越剧烈,且纳米级铝粉反应性和反应程度优于微米级铝粉;添加氧化物(三氧化铋、氧化铜、三氧化钼和三氧化铁)可以调节材料的能量释放特性。就复合材料的反应完全性而言,其作为弹丸发射速率越高,反应越完全;铝粉含量对反应完全性有非常显著的影响;氧化铜可以提高反应的完全性。就复合材料的应用场景而言,其对靶板的毁伤效果、纵火能力、提高推进剂力学性能和燃烧效率、作为防护材料的防护效果,比传统材料都有显著提高。此研究结果预计会对火炸药行业和战斗部行业从业者有重要的参考价值。

纳米纤维素作为一种新型的生物基天然功能纳米材料,其在复合材料、包装、医药材料、涂料、化妆品和电子产品等领域具有广阔的应用前景。但是,目前纳米纤维素在制备过程中仍然存在着高能耗和高水耗等问题,导致其生产成本高。另外,传统纳米纤维素制备方法通常在较低纤维素浆料浓度条件下进行(浓度小于5%),这导致单位体积的生产效率低以及终产物含水率高,给运输、储存和应用都带来极大的困难和挑战,制约着其素进一步市场推广和实际应用。因此,纳米纤维素高浓制备技术受到越来越多的关注。开发纳米纤维素高浓制备技术可解决其生产过程中能耗高、水耗高和终产物含水率高等问题,有望进一步降低其生产成本和应用成本。

淡水资源短缺已成为人类面临的一个突出问题,但传统水处理技术存在高成本、高能耗、低效率的问题。由于太阳能具有绿色、可持续的特点,应用气凝胶材料组成的界面太阳能蒸发器来进行海水淡化、污水与废水的处理已引起人们的高度关注。在界面太阳能光热蒸发处理水的过程中,其水处理效率与太阳能的吸收及利用、水传输通道及热量管理等密切相关,尤其是太阳能的吸收及利用。简要综述了有机气凝胶材料在界面太阳能光热蒸发技术方面的应用及研究进展,包括有机气凝胶材料所用光热材料的类型、光热转换材料转换机制的介绍以及重点对负载不同光热材料的有机气凝胶材料在界面太阳能光热蒸发水处理方面的研究与应用进行了综述,并对有机气凝胶材料在界面太阳光热蒸发进行水处理的发展趋势进行了展望。

碳化硅纳米纤维具有优异的力学性能与热物理性能,其表面修饰碳材料制备功能复合材料可具备高温抗氧化及热稳定性,在航空航天等尖端战略领域已取得系列创新进展。聚焦于碳化硅纳米纤维表面修饰碳相功能复合材料的制备方法和功能特性,介绍了原位生长和静电纺丝制备方法,详细介绍了该复合材料在增韧补强、高温抗氧化的热端防护、能源环境及电磁屏蔽等方面应用的前沿进展。指出碳化硅纳米纤维的生长机理可从分子层面深入分析,实现材料高性能化的有效控制,降低制备成本和能耗,面向大规模工程化应用。

对近4年来纳米材料增强植物纤维复合材料制备方法进行了综述。纳米材料增强植物纤维复合材料的制备方法主要包括硅烷偶联剂处理、溶胶-凝胶法、化学接枝法、横穿结晶技术和机械混杂法,总结了各种方法的优缺点,讨论了纳米纤维增强植物纤维复合材料制备过程中存在的问题,最后展望了纳米材料增强植物纤维复合材料未来的发展方向。

燃料油催化氧化脱硫技术具有反应条件温和、成本低及芳香族硫化合物易于脱除等优点,制备高效的氧化脱硫催化剂一直是该技术的研究难点。金属-有机骨架(MOFs)材料具有金属中心丰富、比表面积大、孔隙度高及孔隙结构多样等优点,近年来基于MOFs材料的氧化脱硫催化剂的合成及其催化性能研究受到广泛关注。综述了氧化脱硫催化剂的研究现状及负载不同金属的MOFs催化剂在燃料油催化氧化脱硫中的应用进展,并展望了其未来的发展方向。

淀粉是地球上最丰富的天然聚合物之一,具有成本低、来源广泛、可完全降解、无毒等优点。但淀粉材料吸水性强、机械强度差等特点限制了其在许多领域的应用。近年来,淀粉/黏土纳米复合材料性能较纯淀粉体系材料有显著提高而受到广泛关注。综述了淀粉/黏土纳米复合材料的结构及制备方法,讨论了纳米黏土对淀粉机械性能、阻隔性能的增强作用,为淀粉的共混改性提供参考。介绍了淀粉/黏土纳米复合材料的应用现状,尤其是在食品包装与生物医疗领域的应用情况,最后对其未来发展前景进行了展望。

碳系电热涂料以高电热转化率、安全稳定、适用性强等特点成为电热功能性涂料主流的研究方向。其中以石墨烯为导电填料的石墨烯电热涂料深受研究人员青睐,但是影响石墨烯电热涂料性能的因素众多,为此国内外科技工作者进行了大量的研究。综述了影响石墨烯电热涂料性能的因素,着重分析了制备工艺、界面效应、分散度、粘结剂等对石墨烯电热涂料性能的影响,最后指出了石墨烯电热涂料目前存在的问题并展望了其未来发展趋势。

类石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种新型的非金属聚合物半导体光催化剂,具有良好的对可见光响应和化学稳定性。根据其制备方法的不同,最终产物的结构也不同,因此也具有不同的性质和功能。系统总结了近年来g-C₃N₄的制备方法、结构特点和在光催化领域的研究现状,重点介绍了g-C₃N₄复合材料的改性机理,并对这类复合材料的应用前景进行了展望。然后讨论了g-C₃N₄复合材料以及其发展现状;最后对下一步的研究进行了总结和展望。

近几十年来同轴静电纺丝法的发展取得了巨大进展。介绍了同轴静电纺丝法原理、工艺和参数,综述了同轴静电纺丝法在金属氧化物气体传感器制备方面的研究进展,并对同轴静电纺丝法在制备金属氧化物纳米材料气体传感器领域应用的发展趋势进行了展望。

金属-有机骨架(MOFs)作为一种新兴催化材料,拥有丰富的活性位点和可控的结构,广泛应用于高级氧化技术,在有机废水处理方面展现出巨大潜力。MOFs具有极大的比表面积和数量众多的金属活性位点,能够快速活化氧化剂,产生活性氧自由基,有效去除污染物。为了克服MOFs载流子复合较快、电子转移速率较慢等缺点,进一步提高其催化活性、稳定性等性能,近年来对MOFs材料进行了大量改性修饰研究并取得了丰硕的研究成果。综述了MOFs材料主流的改性修饰方法,包括掺杂外来元素、添加官能团、负载或包覆其他组分、作为前躯体衍生为其他材料等,研究了这些方法对MOFs物相结构、表面特征、催化性能和稳定性等的影响,指出了目前改性MOFs材料在废水有机物处理中面临的问题和挑战。

通过物理混合和原位还原的方法制备了纳米金/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷(AuNPs/CNTs/PDMS)复合薄膜。扫描电子显微镜分析表明碳纳米管(CNTs)在PDMS中均匀分布。当CNTs含量为4%(wt,质量分数,下同)时,其与纳米金(AuNPs)形成相互连接的网络,复合薄膜具有导电性;CNTs含量为3%,AuNPs还原时间为8h时,复合薄膜灵敏度最高,应变系数为5.71。AuNPs/CNTs/PDMS复合薄膜具有良好的柔韧性和导电性,可广泛应用于柔性可穿戴设备。

聚乳酸(PLA)是可生物降解的聚合物材料,但其韧性较差,因而应用受到限制。为改善PLA的力学性能,选用具有良好生物降解性和高柔韧性的聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)与其进行共混。同时,通过添加乙撑双硬脂酰胺(EBS)作为相容剂,以优化PLA与PBST之间的相容性。研究结果表明:通过引入EBS,PLA和PBST在复合膜中的玻璃化转变温度更为接近;复合膜中海岛相结构的分散相尺寸减小,表明PLA与PBST的相容性得到改善。此外,增容改性后PLA/PBST/EBS复合膜的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了4.67%和21.29%,水蒸气透过率下降了12.92%,复合膜的疏水性有所提高。

采用非溶剂致相分离法,以聚醚砜(PES)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K90)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为原料制备PES亲水平板膜,探讨和分析了热处理工艺对PES亲水膜性能的影响。结果表明:热处理工艺对膜PVP溶出值影响较大,热处理温度越高,热处理时间越长,膜PVP溶出值越低。热处理温度对膜力学性能影响不大。随着热处理时间的增加,膜亲水性逐渐升高。热处理有利于膜水通量的提升,当热处理温度为80℃时,膜水通量为最大值。

氧化纳米纤维素(TOCNF)薄膜是一种理想的食品包装材料,但因缺乏抗菌能力和紫外线屏蔽能力,因而应用受到限制。将TOCNF与纳米氧化锌(ZnONPs)通过逐层自组装的方式结合,制备了负载ZnONPs的抗菌和屏蔽紫外线的TOCNF/ZnONPs/TOCNF复合薄膜,解决了TOCNF无抗菌能力以及ZnONPs难负载、易脱落的问题。结果表明:随着ZnONPs的加入,复合薄膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均有抑制作用;当ZnONPs添加量为9mL时,复合薄膜对紫外线(波长200～400nm)屏蔽效率达到100%;ZnONPs添加量为3mL时,复合薄膜的拉伸强度可达(110.97±1.95)MPa。

高模量碳纤维(HMCF)因经过高温石墨化,表面惰性高,表现出很强的疏水性,不易在水中分散,成为湿法制备碳纤维纸需要克服的瓶颈。为改善HMCF在水中的分散性,采用电泳沉积二维过渡金属碳化物MXene的方法对其进行表面改性,研究了电泳沉积参数、纤维特性对HMCF表面改性效果及其在水中分散性的影响。结果表明,经过MXene表面改性后,HMCF表面的极性官能团数量增加,在水中的分散性得到了一定的改善。MXene沉积4min时BHM3碳纤维在水中的分散情况改善最为显著,对水的接触角从100.7°降至36.2°,达到一级分散水平,沉降时间增加到42min。相同条件下,MXene在HMCF表面的均匀分布能提升纤维在水中的分散性。

通过等离子体处理在超高分子量聚乙烯(UPE)表面接枝极性基团,增强其与环氧树脂(EP)基体的界面粘附力,改性UPE的加入增强了环氧树脂EP的自润滑性能。结果表明:添加质量分数4%的改性UPE,使EP复合材料的摩擦系数和比磨损率降低至0.016和0.98×10^-5mm³/(N·m),相比于纯EP,分别降低了96.3%和91.1%。

采用原位聚合法制备了以石蜡(PA)为芯材、三聚氰胺-甲醛-树脂为壁材、碳纳米管(CNT)及纳米铜(CNP)为导热粒子的改性相变微胶囊。结果表明:随着CNT和CNP添加量的增加,CNT改性相变微胶囊(MPCM/CNTs)的导热系数从0.25W/(m·K)增大到0.38W/(m·K),最大增加率为52%;CNP改性相变微胶囊(MPCM/CNPs)导热系数从0.25W/(m·K)增大到0.47W/(m·K),最大增加率为88%。

利用静电纺丝法制备含均苯三甲酸的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维,结合水热法和高温焙烧法,在碳纳米纤维上制备了具有纳米片阵列的硫化钴/碳纳米纤维(Co₉S₈/CNFs)复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和电化学测试等手段,对Co₉S₈/CNFs复合材料的形貌、结构、组成和电化学性能进行表征。结果表明:PAN纳米纤维中的均苯三甲酸不仅为纳米片阵列的有序生长提供更多的结合位点,避免了纳米片的团聚和堆积,同时有利于纳米片阵列的形成和结构稳定性,防止其在高温碳化过程中的结构坍塌;不含均苯三甲酸的纤维上的纳米片易团聚成花,高温焙烧后结构坍塌。硫化钴的高赝电容、碳纳米纤维的高导电性和独特的纳米片阵列结构,使Co₉S₈/CNFs复合材料具有良好的电化学性能。Co₉S₈/CNFs作为电极材料在电流密度1A/g条件下的比电容为481.6F/g,大于不含均苯三甲酸的电极材料(277.5F/g),在电流密度10A/g条件下连续充放电循环5000次,比电容保留率为97.3%。以Co₉S₈/CNFs为正极,活性炭(AC)为负极组装的非对称超级电容器Co₉S₈/CNFs//AC在电流密度1A/g条件下比电容为108.9F/g,功率密度为756.8W/kg,能量密度可达34.1Wh/kg。

首先通过氧化石墨烯(GO)包覆对空心玻璃微珠(HGM)进行表面改性,再经过物理混合制备改性空心玻璃微珠/聚氨酯复合材料,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、热重分析仪对经过氧化石墨烯包覆改性的空心玻璃微珠进行形貌和结构分析,对改性空心玻璃微珠/聚氨酯复合材料进行力学性能、导热性能、热膨胀性能等测试。结果表明:使用氧化石墨烯包覆空心玻璃微球对复合材料的硬度、拉伸强度、压缩强度和弯曲强度均有一定提升。在空心玻璃微球添加量高于5%后,复合材料的导热性能开始优于纯聚氨酯材料,表明空心玻璃微珠表面的石墨烯层使材料内部形成了高导热通道,整体提高了复合材料的导热系数,使复合材料密度降低的同时具备更加优良的导热性能。对复合材料的热稳定性进行测试分析发现,在添加了空心玻璃微珠填料之后,复合材料的热膨胀系数随温度增加的趋势得到了很好的抑制,在180℃下仍能保持较好的尺寸稳定性。

以N-异丙基丙烯酰胺为主单体,加入第二单体顺丁烯二酸,采用前端聚合法制备了温度-pH双敏感聚(N-异丙基丙烯酰胺-顺丁烯二酸)水凝胶,研究了单体用量、引发剂种类、溶剂种类对前端聚合过程和产物性能的影响。结果表明:前端聚合法在20min即可制得产物,比传统溶液聚合节省了大量时间;随着顺丁烯二酸含量的增加,前端聚合最高温度和前端移动速度有所降低;顺丁烯二酸单体的加入赋予了水凝胶pH敏感性,随着其含量增加,产物吸水能力增强、相转变温度和玻璃化转变温度升高、热稳定性有所降低,实现了凝胶性能的调控。

以三聚氰胺-脲醛树脂(MUF)作为囊壁,以正十八烷为芯材,通过原位聚合法制备了正十八烷@三聚氰胺-脲醛树脂微胶囊相变材料,研究了乳化剂Span80、Tween80、十二烷基硫酸钠对微胶囊相变材料形貌、结构和热性能的影响。结果表明,乳化剂类型和乳化剂添加量对微胶囊相变材料的形貌会造成显著影响,使用非离子乳化剂和阴离子乳化剂复配时,微胶囊相变材料的团聚现象得到改善,粒径分布均匀,储热能力提高。制备的微胶囊相变材料潜热存储效率达到54%时,微胶囊相变材料的熔融焓和结晶焓分别为134.2J/g和109J/g。

以CaCl₂·6H₂O-25% MgCl₂·6H₂O为相变蓄冷基材,丙三醇作温度调节剂,制备一种新型空调蓄冷相变材料。CaCl₂·6H₂O-25% MgCl₂·6H₂O与丙三醇质量比为19∶1时复合相变材料的相变温度(11.24℃)适合空调蓄冷,且相变潜热值为119.15J/g。加入SrCl₂·6H₂O作成核剂,添加1.2%的SrCl₂·6H₂O时复合材料的过冷度几乎为零。经过50次热循环测试未见材料出现相分离,热稳定性能良好。

以环氧树脂为黏合剂,片状Cu粉为功能颜料,石墨烯和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为界面结构改性剂,制备得到了一种具有良好综合性能的褐土色低红外发射率涂层。系统研究了片状Cu粉添加量(质量分数)、石墨烯添加量(质量分数)及DOP添加量(质量分数)对涂层微结构、发射率、光泽度及力学性能的影响规律。结果表明:合适的片状Cu粉添加量可以构建出表面结构规整、颜料分散均匀、片状Cu粉定向与涂层表面平行的微观结构,从而使涂层实现较低的发射率性能。石墨烯改性可提高涂层的致密度,减少由树脂填充的空隙,从而可进一步降低涂层的发射率。黑色石墨烯改性可明显强化涂层对可见光的吸收作用,从而降低涂层的光泽度。另外,利用石墨烯固有的高强度及高韧性特点,可改善涂层的柔韧性和耐冲击强度。DOP可通过减弱环氧树脂分子间作用力和增强分子链的移动性来提高涂层的塑性和韧性,从而可明显改善涂层的柔韧性和耐冲击强度。当涂层中片状Cu粉、石墨烯和DOP的添加量分别为40%、8%和7%时,所制备的褐土色涂层具有最佳的发射率(0.222)、光泽度(20.4)、附着力(1级)、柔韧性(2mm)及耐冲击强度(50kg·cm)性能。

氢能是一种清洁高效的能源,但缺乏高效的氢气储运方式,因而制约了氢能产业的发展。以强酸性聚苯乙烯树脂为原料,KOH为活化剂,通过一步炭化-活化法制备了多孔树脂基球形活性炭,并对样品进行了表征和储氢性能研究。实验结果表明,KOH质量分数为30%、炭化温度为750℃时,制备的球形活性炭比表面积为2158m²/g,总孔容为1.12cm³/g。该样品综合储氢性能最优,在温度-196℃、压力1MPa条件下,质量储氢密度可达3.14%,体积储氢密度为11.47kg/m³。

石榴石型立方相Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)具有高的离子电导率和热稳定性,在固态锂电池领域颇具应用前景。煅烧温度对制备高性能立方相LLZO至关重要。为此,首先采用不同煅烧温度(1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃)制备了LLZO,然后将10%磺酸甜菜碱改性的聚偏二氟乙烯(SB-PVDF)与90% LLZO复合制备固态电解质膜,并研究其电化学储锂性能。结果表明:在最优煅烧温度1200℃时制备的LLZO为纯立方相结构,相对致密度高达92.4%,离子电导率为1.21×10^-4S/cm,活化能为0.335eV,相应的固态锂电池在1.0C充放电时的放电比容量为124.3mAh/g,循环200圈后容量保持率为93.4%,优于其他样品。

通过光沉积法制备了银含量不同的银/石墨相氮化碳(Ag/g-C₃N₄)复合光催化剂。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪等对其表面形貌、结构、化学组成及光学性能进行了表征和测试。结果表明:Ag/g-C₃N₄复合光催化剂主要由不规则的大块颗粒和许多大小、形状不一的小颗粒组成;Ag纳米颗粒的引入没有改变g-C₃N₄的晶体结构,Ag纳米颗粒以零价金属形式存在;Ag/g-C₃N₄复合光催化剂紫外区光吸收性能显著提高;Ag纳米颗粒的引入有效地抑制了光生电子-空穴对的复合,同时也促进了电荷的迁移。光解水产氢实验表明,Ag含量不同的Ag/g-C₃N₄复合光催化剂的产氢速率相比于g-C₃N₄都明显提升,且1% Ag/g-C₃N₄的产氢速率最高,达到了636.71μmol/(g·h),是g-C₃N₄产氢速率的8.9倍。

疏水界面易受到外界环境如刮擦、磨损等影响,难以保持持久疏水性能。因此,具有自愈合性能的疏水界面的制备成为研究热点。通过聚二甲基硅氧烷与硼酸按照一定的比例反应,其中以异丙醇为溶剂,利用有机硅固有的疏水特性,设计和合成具有聚二甲基硅氧烷网络链和动态硼酸酯交联的薄膜(BA/PDMS),通过浸渍的方式将BA/PDMS处理到载玻片表面,对其表面红外光谱、表面元素分析、接触角、自愈合性能、表面能和稳定性等进行测试。结果表明:BA/PDMS结构具有良好的自愈合性能和良好的化学稳定性。

冲击会对实战条件下武器的安全性和可靠性带来影响,因此必须使用抗冲击材料来提高武器系统的安全性。随着武器装备的高速发展,传统的聚合物抗冲击材料已逐渐不能满足要求,因此需要开发兼顾高效、轻质、智能、多次防护、多功能的抗冲击防护材料。将剪切增稠液(STF)胶囊分散在硅橡胶中制备了新型抗冲击复合材料,应用LS-DYNA程序ALE算法对落锤冲击STF/硅橡胶复合材料的过程进行了动力学建模,通过数值模拟研究了复合材料的抗冲击性能,并讨论了冲击速度、STF液滴分布结构以及吸能液体对复合材料抗冲击性能的影响。

为研究硅烷改性聚醚(MS)密封胶的耐紫外老化方法,通过傅里叶变换红外光谱分析了MS树脂的紫外老化机理,并借助紫外老化前后的力学性能变化评价了2种光稳定剂和4种无机颜料对MS密封胶的耐紫外老化效果。在此基础上,探讨了氧化锌包覆碳酸钙(CaCO₃@ZnO)对MS密封胶的耐紫外老化效果。结果表明,聚醚链段断裂是MS树脂紫外老化的主要原因,CaCO₃@ZnO具有优异的耐紫外老化性能,可替代氧化锌或钛白粉。

将壳聚糖(CS)与纤维素(CEL)共混,以1-乙基-3甲基咪唑醋酸盐(EMIMAc)为溶剂,二甲基亚砜(DMSO)为助溶剂,通过浸没沉淀相转换法制备了CS/CEL复合纳滤膜,用于去除水中的Mn²⁺。采用X射线光电子能谱仪、场发射扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪对材料元素价态、微观形貌及热稳定性进行分析和表征,探究了聚合物总含量、CS和DMSO含量对复合纳滤膜纯水通量的影响,以及实验条件对复合纳滤膜去除Mn²⁺效果的影响。结果表明:在m(DMSO)∶m(EMIMAc)=1∶1、m(CS)∶m(CEL)=1∶1条件下,当聚合物质量分数为8%、CS质量分数为50%、DMSO质量分数为50%时,最佳纯水通量为80L/(m²·h)。上述条件下,当DMSO质量分数调整为40%时,复合纳滤膜对Mn²⁺的截留效果最佳,Mn²⁺去除率达71.2%。利用复合纳滤膜吸附去除Mn²⁺时,最佳吸附条件为膜质量0.4g、Mn²⁺初始质量浓度20mg/L、振荡频率80r/min、吸附温度30℃、吸附时间60min。

以氯化铵为模板分子,邻氨基苯酚为功能单体,通过电聚合法在玻碳电极表面制备了对氯化铵分子有特异性选择功能的分子印迹电化学传感器。当磷酸盐缓冲溶液pH为5.7,氯化铵与邻氨基苯酚的浓度比为5∶1,聚合圈数为20圈,洗脱时间为5min时制备的电化学传感器性能最优。采用循环伏安法、差分脉冲伏安法、电化学阻抗法及扫描电子显微镜对其性能及形貌进行测试和表征。结果表明,分子印迹电极的峰电流差值与氯化铵质量浓度[(0～46.67)×10^-11g/L]呈线性关系,线性方程为y=0.04x+0.18,相关系数R²=0.9938,检出限为6.03×10^-10g/L。对加标水样进行测定,测得平均回收率为93.63%。

以过硫酸铵(APS)为引发剂,丙烯腈(AN)与衣康酸(IA)为聚合反应单体,采用少量水(不超过10%)和二甲基亚砜(DMSO)作为混合溶剂,进行均相溶液聚合制备聚丙烯腈(PAN)共聚物。研究了AN与IA共聚反应动力学规律,绘制了转化率-时间曲线,建立了聚合反应速率方程,探究了温度对聚合速率的影响。结果表明:随着引发剂浓度和总单体浓度升高,聚合反应转化率增加;随着共聚单体IA含量的增多,聚合反应转化率下降;随水含量的增多,转化率先升高后降低;随温度升高,聚合反应速率常数增大,计算得到反应活化能为127.61kJ/mol;该聚合反应速率方程为:R_p∝[APS]^0.924[M]^1.35。

采用浆料浸渍法,以纳米镍粉、纳米SiO₂和酚醛树脂配制催化剂浆料,在二维碳纤维布表面引入催化剂层,并通过化学气相沉积(CVD)法原位生成碳纳米纤维(CNFs)。当催化剂浆料中存在1.3%二茂铁时,观察到二维碳纤维布表面生成蕾丝状CNFs。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及拉曼光谱的表征,对比分析了杂质引入前后微结构的差异。并基于扩散和固-液-气(V-L-S)生长模型分析了蕾丝CNFs的生长机理。结果表明:Fe是影响蕾丝形成的主要因素。

以煤矸石为研究对象,探究了3种化学激发剂对煤矸石胶凝材料力学性能的影响,选取最优配比制备了煤矸石免烧砖。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析了化学激发剂的作用机理。煤矸石胶凝材料最佳配比为:活化温度800℃的煤矸石粉掺杂量90%,石灰掺杂量10%,脱硫石膏掺杂量1%,硫酸钠掺杂量0.5%(均为质量分数),在此条件下制备的煤矸石胶凝材料28d抗压强度最优,为17.02MPa。煤矸石胶凝材料水化产物中钙矾石、水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化硅铝酸钙相互胶结,使得材料内部结构致密,提升了材料的强度,制备的煤矸石免烧砖达到JC/T422—2007中MU15强度标准。

以硝酸盐为金属源,NaOH为沉淀剂,采用共沉淀法制备Cu_xCo_1-xAl₂O₄(x=1,0.75,0.5,0.25,0)系列尖晶石型催化剂。采用X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线光电子能谱仪(XPS)、N₂吸-脱附、扫描电镜(SEM)、NH₃-程序升温脱附(NH₃-TPD)等技术对催化剂进行表征。以乙醇作为苯胺的烷基化试剂催化合成N-乙基苯胺(N-EA),考察了催化剂元素组成、反应温度、胺醇摩尔比、质量空速、反应压力对N-EA收率的影响。结果表明:Cu_0.75Co_0.25Al₂O₄尖晶石催化合成N-EA的最优工艺条件为反应温度240℃、质量空速1.2h^-1、醇胺摩尔比为2.25、反应压力3MPa,此时N-EA收率可达81.56%,选择性高达90.82%。

催化燃烧法因高效、节能和环境友好等特点被认为是最具发展潜力的VOCs治理方法之一。采用溶胶-凝胶法制备了多组铜锰铈复合金属氧化物催化剂,通过X射线衍射(XRD)、H₂-程序升温还原(H₂-TPR)、X射线光电子能谱技术(XPS)和BET比表面积等催化剂表征手段和催化燃烧性能评价实验,讨论了铜锰铈摩尔比对催化剂晶相结构、氧化活性、表面活性氧以及比表面积的影响。结果表明:调节铜锰铈摩尔比可影响催化剂原子掺杂状态诱导产生更多的氧空位从而提升其甲苯催化燃烧性能,当铜锰铈摩尔比为1∶1∶4时,催化剂表现出最佳催化燃烧效率(T₉₀=239.5℃)。

以乙酸锌为锌源,硝酸铁为铁源,采用水热合成法制备了掺铁氧化锌(Fe-ZnO)复合光催化剂,通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能量色散谱仪、紫外-可见漫反射光谱仪等对其进行分析和表征。以罗丹明B(RhB)溶液为目标污染物,研究了Fe-ZnO复合光催化剂的光催化性能。结果表明,当铁掺杂量为2%(质量分数)且投加量为50mg时,Fe-ZnO复合光催化剂具有优异的光催化性能,对RhB的降解率达到90.66%,比纯ZnO降解率高约30%。自由基捕获实验表明,光催化降解RhB的主要活性物质是超氧自由基·O^-₂。

以二水钨酸钠、市售椰壳活性炭(AC)和硝酸银为原料,采用先高温煅烧获得WO₃/AC、后共沉淀法制备Ag₃PO₄@WO₃/AC复合材料,并以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,考察WO₃/AC掺杂量对复合材料光催化性能的影响。结果表明:Ag₃PO₄@WO₃/AC光催化降解RhB是活性炭吸附作用和光催化降解协同作用的结果,掺杂WO₃能有效阻止电子-空穴对复合从而增加其光催化活性。随着WO₃/AC掺杂比例的增加,其光催化性能先增加后降低,当掺杂比例为20%时最优。当Ag₃PO₄@WO₃/AC投加量为0.5g/L、RhB溶液浓度为5mg/L时,在15W、254nm紫外光下降解60min其降解率达到94.3%,较WO₃和Ag₃PO₄分别提高85.1%和83.5%。经过3次循环实验,降解率仍能达到81.73%,表明Ag₃PO₄@WO₃/AC光催化剂具有较好的稳定性。

采用乙醇作为溶剂,将高效抗菌组分N-卤胺抗菌剂1-氯-2,2,5,5-四甲基-咪唑啉哃(MC)引入纤维素纳米丝/水性聚氨酯(CNF/WPU)复合膜体系,通过溶液浇筑法制备了透明CNF/WPU-MC抗菌复合膜,探讨了工艺条件对复合膜机械性能、外观形貌、氯含量、溶胀性、质量损失率的影响,并得出最佳工艺参数。在此基础上,研究了抗菌复合膜的结构、抗菌性能、存储稳定性等。结果表明,CNF/WPU-MC抗菌复合膜具有优异的吸湿性和机械性能,且能够在5min接触时间内使接种的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌菌株失活,具有快速杀菌特性,可为包装用抗菌薄膜材料的研发及应用提供理论基础和科学依据。

针对软质聚氨酯泡沫的形态及力学性能存在缺陷的问题,通过添加天然植物纤维填料(稻壳)和马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS-g-MAH),对软质聚氨酯泡沫材料进行了双因素优化对比实验。结果表明:填料会降低软质聚氨酯泡沫材料的表观密度,添加稻壳/SEBS-g-MAH的软质聚氨酯泡沫材料平均表观密度降低了10.3%;稻壳/SEBS-g-MAH添加量为0.5%/2%(均为质量分数)的软质聚氨酯泡沫材料的拉伸性能明显提高,证明了天然植物纤维稻壳与SEBS-g-MAH对聚氨酯发泡具有一定的影响。

采用一步水热法制备了基于二硫化钼(MoS₂)的棉织物(CFs)和废旧棉织物(WFs)复合材料用于光动力抗菌灭活,并探究了复合材料的微观结构、元素分布、热稳定性、机械性能、光动力抗菌性能(灭活金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)以及光催化性能(降解孔雀石绿染料)。结果表明:CFs/MoS与WFs/MoS₂复合材料均具有优异的光动力抗菌效应,5min内光照条件下对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率高达99.999%(最低检测限度),并具有显著的光催化降解染料能力(>60%),为光触媒抗菌环保材料开发提供了新方向。

采用高温高压热解和芬顿氧化相结合的方法处理聚乳酸材料,通过X射线衍射和红外光谱等方法对材料进行了表征分析,并研究了热解温度、芬顿反应时间、溶液pH、H₂O₂和七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)投加量对处理后溶液化学需氧量(COD)的影响。结果表明,水热反应温度达到200℃时,聚乳酸可以完全热解;当溶液pH=3、H₂O₂投加量为55.2mL、FeSO₄·7H₂O投加量为21g时,通过芬顿反应可以将热解后溶液COD值由105000mg/L降低至287mg/L。

采用溶液聚合法,将黄原胶分别与丙烯酸和丙烯酰胺接枝,再添加不同类型黏土制备了黄原胶/黏土复合吸水树脂,对复合吸水树脂的溶胀性能、保水率及抗蒸发性能进行测定,并利用扫描电子显微镜观察其微观结构。结果表明,与未添加黏土的吸水树脂相比,添加黏土后复合吸水树脂的吸水倍率、耐盐性、保水率及抗蒸发性能均得到提高,黄原胶/高岭土、黄原胶/膨润土、黄原胶/蒙脱土复合吸水树脂在去离子水中的吸水倍率分别为215.6g/g、177.2g/g、184.5g/g,具有良好的耐盐性。其中,添加高岭土制备的复合吸水树脂的综合性能最佳,2h内该吸水树脂在60℃、75℃、90℃和105℃时的保水率分别达到36.4%、28.9%、10.2%和7.7%,制备的复合吸水树脂可有效降低土壤水分蒸发。

针对碳纤维头盔和超高分子量聚乙烯(PE)头盔,采用坠落式冲击试验台和基于冲击加速度及头部损伤指数(HIC)评价方法,系统研究了材料种类、缓冲垫密度和服役环境温度对头盔吸收碰撞能量的影响。结果表明:随着缓冲垫密度的增加,两种头盔在低温(-20℃)条件下的冲击加速度幅值均表现出增加趋势,在常温(20℃)及高温(50℃)下,碳纤维和PE头盔壳体的冲击加速度幅值均表现出明显的降低趋势。升高温度有利于降低头盔的加速度幅值,对于80g/L和90g/L的缓冲垫,两种头盔的冲击加速度幅值随温度升高都表现出降低趋势。缓冲垫密度和温度显著影响头部损伤指数,随着温度从-20℃升高至50℃,PE头盔的头部损伤指数均表现出增加趋势,然而,碳纤维头盔在50℃表现出与常温和低温相反的趋势,即随着缓冲垫密度增加,其头部损伤指数逐渐降低,但PE头盔的头部损伤指数数值低于碳纤维头盔。两种材料在冲击载荷下的损伤形貌不同:PE头盔有明显的基体凹陷形变特征但均无裂纹形成,而碳纤维头盔均表现出明显的基体开裂及纤维断裂。碳纤维由于其高刚度,在冲击力大于破坏强度后容易产生裂纹,无法通过结构系统塑性形变吸收冲击能量,是导致其在不同缓冲垫密度和不同温度条件下,头部损伤指数以及加速度幅值均高于PE的主要原因。PE具有较高的缓冲作用和吸收冲击能量能力,因此,虽然均表现出较大基体凹陷,但均无裂纹形成,采用PE头盔,头部损伤指数和加速度幅值都低于同等条件下的碳纤维头盔。

采用高温固相法制备了一系列新型Na₅Y_1-x(MoO₄)₄∶xEu³⁺(x=0～0.14)和Na₅Y_0.9-y(MoO₄)₄∶0.1Eu³⁺,ySm³⁺(y=0～0.08)红色荧光粉,并对Na₅Y_1-x(MoO₄)₄∶xEu³⁺(x=0～0.14)和Na₅Y_0.9-y(MoO₄)₄∶0.1Eu³⁺,ySm³⁺(y=0～0.08)的物相结构、发光性能、热稳定性、荧光寿命等性能进行了研究。结果表明,在单掺Eu³⁺的条件下,Na₅Y_1-x(MoO₄)₄∶xEu³⁺(x=0～0.14)荧光粉在395nm紫外光激发下,发射出峰值波长在615nm的强红光,其掺杂浓度为x=0.1,样品的发光强度最高。进一步探究Sm³⁺对Eu³⁺在Na₅Y_1-x(MoO₄)₄∶xEu³⁺(x=0～0.14)中的敏化增强作用。通过研究该样品不同Sm³⁺掺杂浓度下的荧光发射谱,发现Sm³⁺敏化增强的最佳掺杂浓度为y=0.04;相较于单掺Eu³⁺的样品,Sm³⁺敏化后的样品其发光强度为原来的113.8%。Sm³⁺敏化后的样品存在能量传递现象,能量传递机制为Eu³⁺与Sm³⁺之间的电偶极-电偶极相互作用。温度相关荧光发射谱实验结果表明Na₅Y_0.86(MoO₄)₄∶0.1Eu³⁺,0.04Sm³⁺具有较好的热稳定性,在437K时荧光发射强度约为室温时的70%左右,而Na₅Y_0.9(MoO₄)₄∶0.1Eu³⁺在437K时的荧光发射强度约为室温时的68%左右。因此,Sm³⁺敏化的Eu³⁺掺杂 Na₅Y(MoO₄)₄荧光粉在白光LED领域中具有较大的应用可能性。

具有高离子电导率且综合性能优异的凝胶电解质是储能材料领域的研究热点。以简单的冻融法制备了一种基于聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)的水凝胶聚合物电解质,并获得高离子电导率。系统地探索了水凝胶冷冻时间、浸泡电解液的时间以及电解液种类对水凝胶离子电导率的影响,得出了适合该物理交联PVA/CS凝胶电解质的制备条件。结果表明:PVA与CS质量比为1∶2,经过5h冷冻12h解冻获得的凝胶具有较均匀的三维孔洞结构和较低的结晶度,没有发生水凝胶无限溶胀以及溶解的现象。该水凝胶浸泡饱和NaCl电解液6h后其离子电导率达到最大值1.68S/cm,浸泡1mol/L H₂SO₄电解液的离子电导率在4h时最大为0.83S/cm。此外,5mm厚的水凝胶在12h后达到溶胀平衡,体积和质量溶胀率分别约为170%和145%;凝胶断裂伸长率在室温下可以达到200％左右。

为了实现废橡胶节能减排高品质再生,提出了低温靶向再生活化剂的设计理念,将含有—SH、—OH或—COOH的主再生活化剂(MS)与含有—OH或—COOH的次再生活化剂(有机酸A1)并用,在再生温度25～125℃下开展研究。结果表明:MS/A1具有协同效应,低温靶向再生胶拉伸强度和扯断伸长率分别达15.17MPa、360.65%,门尼黏度为79,达到了《再生橡胶通用规范》(GB/T 13460—2016)全胎胶粉优质品级R-T再生胶的性能要求,再生胶所含18项多环芳烃总含量小于20mg/kg,符合欧盟REACH法规(REACH-2009/48/EC)环保指标的要求。与高温再生工艺相比,低温靶向再生工艺节能20%～60%不等。

传统NH₂-MIL-101(Al)材料由于可循环性能差,难以高效吸附有机染料。利用2,3-二氨基吩嗪与2,4-二甲基-5-醛基-1H-吡咯-3-羧酸的反应产物,对NH₂-MIL-101(Al)材料进行后修饰,制备得到了1-MOF材料。该材料尤其可用于有机染料亚甲基蓝(MB)的吸附,最大吸附量高达146.82mg/g。最佳吸附溶液为中性,对共存的离子具有抗干扰性,循环5次后依然具有高于80%的去除率,显著提高了传统NH₂-MIL-101(Al)材料的循环利用性。动力学模型和热力学模型证实该吸附过程更符合准二级动力学模型和Langmuir等温线模型。

以含钛高炉渣为原料,采用水热法-酸解-煅烧工艺合成了亚微米片状结构硅基TiO₂光催化剂,研究了酸解反应浓度、酸解反应时间、光催化剂投加量及光照条件对其催化性能的影响。结果表明:当酸解反应浓度为1.2mol/L、酸解反应时间为5h、光催化剂投加量为20mg时,紫外灯照射60min后亚甲基蓝降解率最高可达97.28%,可见光照射120min后亚甲基蓝降解率最高可达77.85%。