In order to solve the problems of low energy utilization rate and poor structural stability of photothermal conversion materials,a tightly arranged upper layer of nanotube array was constructed on the basis of graphene film by means of micro imprinting technology.Meanwhile,a porous aerogel base was formed by fixed-point dropping and multiple foaming.Thus,a graphene-based photothermal conversion material with integrated structure of light absorbing upper layer and heat insulating base was prepared.The results indicated that the light trap constructed from graphene hollow nanotubes could not only significantly increase the number of light reflections,but also reduce the light reflectivity.The length of the nanotubes was directly proportional to the light absorption ability of the material,which could increase the absorbance to over 98％under the imprinting conditions of 85kN and 8h.Besides,the combination of porous insulation base could effectively improve the photothermal conversion behavior and water evaporation effect of the material,and achieve 87％photothermal conversion efficiency and 1.3kg/(m2•h)water evaporation rate at the base thickness of 6mm.
Rigid polyurethane foams (RPUFs) were prepared using biomass soybean oil-based polyol and ammonium polyphosphate (APP) as raw materials. The effects of APP on the thermal stability and combustion performance of soybean oil-based polyol-modified RPUFs were investigated by thermogravimetric analysis, pyrolysis kinetic analysis, limiting oxygen index (LOI) test, cone calorimetry (CONE), scanning electron microscopy (SEM), and smoke density (Ds). The results showed that the modified RPUF with 20 wt% APP (RPUF-S3-20) had the lowest mass loss, the highest integrated programmed decomposition temperature and the highest activation energy. In addition, RPUF-S3-20 had the lowest Ds (30.9), the highest light transmittance (61.4 %), the lowest heat release rate (602.7 kW/m(2), 506.8 MJ/m(2), and 847.3 kW/m(2)) and the total heat release (18.3 MJ/m(2), 21.4 MJ/m(2), and 31.4 MJ/m(2)), which showed that RPUF-S3-20 had good thermal stability and flame retardant performance. The current results can provide an effective reference for the preparation of environmentally friendly RPUF by bio-based modification.
通过以双酚A型环氧树脂(E-51)为树脂基体,双酚A型酚醛环氧树脂为改性剂,4,4-二氨基二苯砜(DDS)为固化剂,研制出了一种耐高温环氧胶粘剂.结果表明:酚醛环氧树脂的加入能够大幅度地提高环氧胶粘剂的耐温性能.动态热机械分析结果显示,酚醛环氧树脂的加入,使环氧树脂体系的玻璃化转变温度(Tg)从216.46℃提高到了 234.03℃;在氮气氛围下,其失重5％的温度从387.03℃提高到了 395.779℃;在空气氛围下,其失重5％的温度从373.95℃提高到了 381.271℃.同时,酚醛环氧树脂改性环氧胶粘剂的150℃剪切强度比常规环氧树脂体系提高了 35.9％,175℃剪切强度提高了 10.06MPa.预期在民用航空等领域可得到广泛的应用.
采用共混挤出的加工方法,以聚偏氟乙烯(PVDF)为基材,通过添加相容性好的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和耐温性较高的聚酰胺6(PA6),制备出耐温性较高和制备成本较低的PVDF/PMMA/PA6热熔胶.通过热变形维卡软化点试验机、热重分析仪、微机控制电子万能试验机以及扫描电子显微镜分析了 PA6含量对PVDF/PMMA/PA6热熔胶微观结构、粘接性能以及热稳定性的影响.结果表明:PA6质量分数为15％时,热熔胶粘接性能最优,经过150℃热处理之后粘接强度仍能保持40.76N/15mm,满足150℃条件下剥离强度保持40N/15mm的要求;PA6质量分数为15％时,热熔胶的维卡软化温度为156℃,初始分解温度为350℃,383℃时最大分解速率为—27.2％/min.
多孔地质聚合物由于制备工艺简单、耐高温、力学性能优异、隔热性能极佳等优势被广泛应用于诸多行业,近十年来已成为最具研究前景的无机多孔材料之一.为了进一步提高、优化多孔地质聚合物的性能或赋予其新的功能,人们对多孔地质聚合物复合材料的开发和应用付出了巨大的努力.综述了目前多孔地质聚合物复合材料制备方法(包埋轻质/多孔填料、直接发泡、增材制造等)领域的最新进展,并从吸附性能、热稳定性能、机械性能三方面介绍了多孔地质聚合物复合材料的相关应用,旨在促进开发新型地质聚合物复合材料的制备路线,并扩大其在相关领域的应用.
为研究环氧沥青的高温性能,制备了环氧树脂掺量不同的改性沥青进行动态剪切流变试验并探究了固化时间对环氧沥青流变性能的影响.结果表明,随着环氧树脂含量的增加及固化时间的延长,沥青的复数剪切模量G*和车辙因子G*/sinδ增大,相位角δ和蠕变变形量减小,这表明环氧树脂改性使沥青的刚性明显增强,有利于提高其抗车辙性能.基于分子动力学模拟了环氧沥青的流变行为,通过对内聚能密度(CED)、自由体积分数(FFV)和均方位移(MSD)的分析,揭示了环氧树脂改善沥青高温稳定性的内在机理.从宏观和分子尺度研究了环氧沥青的高温性能,为丰富环氧沥青材料的研究方法和评价手段提供了新的思路.
富锂锰基材料(LRM)由于电压平台高、比容量高,在锂电池材料研究中受到广泛关注.针对富锂锰基材料首次充放电库仑效率较低的问题,采用Li2S对富锂锰基材料(LRM)进行掺杂改性制备得到LRM-S材料.结果表明:LRM和LRM-S的晶体结构相近,具有层状晶体结构.扫描电镜分析表明,LRM-S材料由10～20nm的一次颗粒团聚而成.元素分析表明LRM-S材料中含有均匀分散的S元素.电化学分析表明,LRM的首次充电比容量为291.80mAh/g,首次放电比容量为188.63mAh/g,首次库仑效率为64.64％.Li2S掺杂改性材料LRM-S的首次充电比容量为387.04mAh/g,首次放电比容量为272.64mAh/g,首次库仑效率为70.44％,在首次充放电比容量和效率方面均有显著提升.
通过溶胶-凝胶法和高温固相法,将负热膨胀材料ZrV2O7包覆在硅微粉表面.结果表明:负热膨胀材料ZrV2O7能有效地改善界面稳定性,提升循环性能.当与碳材料进一步结合,构建C-ZrVO27复合包覆层时,发现负热膨胀材料和碳具有协同作用.C-ZrV2O7包覆层在循环过程中与硅结合得更紧密,从而有效地抑制了硅负极与电解液的反应.改性后的材料有更高的可逆比容量和循环稳定性,在0.1C的放电倍率下,循环120周后放电比容量仍能稳定在500mAh/g以上,接近于纳米硅材料,显示出一定的工业应用价值.
为提高多孔碳球作为超级电容器电极材料在电解液中的离子迁移速率,通过水热法设计制备了以碳球为外壳,金纳米颗粒为核心的核壳结构复合材料(CS-Au).之后通过KOH活化,制备的样品(PCS-Au)比表面积可达到962.48m2/g.结果表明:在0.5A/g的电流密度下,PCS-Au表现出225F/g的比容量,相较于纯多孔碳球(PCS)比容量提高了 28.5％.使用螺旋季铵四氟硼酸盐和乙腈混合溶液(CF4301)作为电解液,组装成纽扣式对称型超级电容器后,PCS-Au在功率密度为1000W/kg的情况下能量密度为27.63Wh/kg.并且在1A/g电流密度下,经过20000圈循环稳定性测试后容量保持率为104.76％,性能无衰减,展现出很好的循环稳定性.精心设计的核壳结构与较大的比表面积,优异的导电性及丰富的孔结构降低了材料电阻并可以容纳更多的电解液,导致Au纳米颗粒@多孔碳球是一种极具应用价值的超级电容器电极材料.
以氟晶云母片为衬底,进行柔性ZnO透明导电薄膜(Mica/ZnO)的制备与表征.利用XRD和SEM表征可知,晶种水热法比直接水热法更有利于制备Mica/ZnO薄膜.研究发现,晶种水热法制备Mica/ZnO薄膜分为颗粒状ZnO晶体生长阶段、颗粒状ZnO晶体成长为棒状ZnO晶体阶段和棒状ZnO晶体成长三个阶段.采用晶种水热法制备Mica/ZnO薄膜适宜的晶化时间为26h,制备的致密棒状ZnO晶体长度约500nm左右.制备的Mica/ZnO薄膜可耐500℃以上的高温,为研究耐高温柔性ZnO透明导电薄膜提供更为丰富的柔性衬底材料和制备方法.
针对载铁壳聚糖醋酸纤维素吸附剂(CS/CA-FeOx)易受pH影响问题,选择向制备液中引入Mn2+制备复合吸附剂CS/CA-FeMnOx,并研究其对水溶液中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的去除特性及吸附机理.结果表明:在pH=4.0条件下CS/CA-FeMnOx对初始浓度为5mg/L的Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附的最佳投量均为1.2g/L,最大吸附容量为44.42mg/g和56.73mg/g;pH从4.0升高至7.0,对Sb(Ⅲ)的去除率影响不大,但是对Sb(Ⅴ)的去除率影响显著降低,去除率下降25.3％;准二级速率反应方程更能准确地描述吸附剂CS/CA-FeMnOx对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附过程,说明对二者的吸附均是物理吸附与化学吸附相结合的过程;Freundlich模型能更好地描述CS/CA-FeMnOx对两种不同形态锑的吸附;X射线衍射结果未显示锰氧化物的峰,可能是复合吸附剂中锰含量较少或者锰以无定形存在.X射线光电子能谱和分峰结果显示,水中锑与复合吸附剂上的金属发生结合,且Sb(Ⅴ)的结合强度高于Sb(Ⅲ).综上,少量锰的添加能够显著削弱pH对去除Sb(Ⅴ)的影响,为构建静电富集、化学吸附的除锑体系提供技术依据.
以九水合硝酸铁[Fe(NO3)3·9H2O]和三聚氰胺为原料,采用热聚合法制备Fe-C3N4,通过X射线衍射、X射线光电子能谱对其进行表征.考察了光催化Fe-C3N4活化过硫酸钠(PS)去除苯酚的效果,并对铁掺杂石墨相氮化碳的制备条件进行了优选.结果表明:Fe-C3N4中存在Fe—N键,铁掺杂成功且合成良好,无任何杂质.相对于单独PS和g-C3N4+PS,Fe-C3N4+PS共同作用可高效去除苯酚,去除率可达到88.2％,苯酚去除效果随催化剂投加量的增大而提高.同时在过硫酸钠与苯酚的摩尔比为100∶1,Fe-C3N4催化剂浓度为2g/L,同时反应全程放置于250W高压钠灯下同步照射的条件下,Fe-C3N4焙烧温度580℃,焙烧时间4h,铁掺杂量5％时,体系对苯酚的去除率最高,反应240min达到97.4％.因此,铁掺杂g-C3N4明显改善了 g-C3N4对可见光的利用率,对优化苯酚废水去除的效果明显.
通过合理的合成路线与微观结构设计,开发具有高比容量和柔性的钠离子电池负极材料,是当前的难点.采用静电纺丝制备自支撑碳纳米纤维膜,利用不同浓度的硼酸铵溶液对纤维膜进行改性,研究了浸渍溶液浓度和热处理温度对碳纳米纤维膜相组成、微观形貌及储钠性能的影响.结果表明:低浓度硼酸铵溶液改性并未改变纤维膜三维相互交错的空间结构,但纤维膜表面粗糙程度增加,使改性后的碳纳米纤维缺陷和活性点位增多并减小了碳层间距.采用0.02mol/L硼酸铵溶液浸渍改性和600℃热处理后得到的碳纳米纤维膜作为钠离子电池自支撑负极时,可获得最优的储钠性能.在100mA/g电流密度下,该电池初始充比容量为354.7mAh/g,循环100周后电池的可逆充放电比容量为316.8mAh/g,表现出优异的储钠性能.
采用S35高强型聚酰亚胺(PI)纤维作为增强体,热塑性树脂作为基体,采用热压工艺制备了织物结构和正交单向无纬(UD)结构复合材料靶板,通过弹道极限速度测试和背部变形测试,研究了增强体结构和界面结合强度对PI纤维增强热塑性树脂基复合材料防弹性能的影响.结果表明:高强型聚酰亚胺纤维表现出了优异的防弹性能;UD结构靶板更适用于防铅芯弹;织物结构靶板更适用于防破片;当界面剥离强度由5.45N/cm提高到26.44 N/cm时,剥离后界面处的纤维表面形貌的破坏程度逐渐增加.当侵彻体为5.6g铅芯弹时,随着界面剥离强度的提高,复合材料靶板的防弹性能呈现出先提高后降低的趋势;并且靶板的背部变形逐渐减小,进一步证明了界面结合强度对复合材料靶板防弹性能的影响.
为了探索市政生活污水处理厂剩余活性污泥资源化方式,以市政污泥为原料,采用热解法制备污泥基生物炭(SBC),探究SBC最佳制备条件以及对多环芳烃萘的吸附影响因素.结果表明:SBC的最佳制备条件为污泥粒径0.25mm,升温速率2.5℃/min,热解温度800℃,停留时间1h,在该条件下市政污泥的产炭率、产油率和产气率分别为61.36％、15.55％和23.09％;SBC对茶的最佳吸附条件为转速200r/min,温度35℃,投加量0.4g,在该条件下萘的去除率可达85.06％;SBC对萘的吸附过程符合准二级动力学模型,Langmuir等温吸附模型可以更好地描述SBC对萘的吸附.扫描电子显微镜和BET比表面积分析表明,SBC表面粗糙,具有丰富的孔隙结构,能有效吸附废水中的萘.
半导体光催化技术在太阳能利用和环境污染治理领域具有广阔的应用前景,钨酸铋(Bi2WO6)光催化剂作为一种新型可见光催化剂具有较窄的禁带宽度,对可见光有较好的响应能力.概述了 Bi2WO6的结构,介绍了提升Bi2WO6光催化性能的改性方法,如形貌调控、离子掺杂、半导体复合、贵金属沉积等以及改性Bi2WO6在降解水中有机物的应用情况,总结了 Bi2WO6光催化剂存在的问题以及改进方向.
石墨烯基气凝胶(GAs)不仅具有超高的比表面积和孔隙率、高导电性、高比热容、低密度,而且还有优异的力学性能、稳定的化学性质,在超级电容器、催化剂载体、吸波材料等方面有广阔的应用.针对石墨烯基气凝胶的制备方法(如模板法、自组装法、3D打印法、溶胶-凝胶法等),以及在环境净化、能源及催化等领域的应用和GAs的发展前景进行了综述.
过渡金属碳化物(TMCs)因高导电、高硬度、耐酸碱、热稳定性良好等优势,被广泛应用于化学化工、电子器件等领域.研究发现,TMCs纳米材料因特殊的d带电子排布和暴露的活性位点,能促进氢的吸附与脱附,进而表现出较高的催化析氢活性.但是,TMCs在合成中易团聚,活性位点易被覆盖会严重阻碍其性能的发挥.通过对纳米结构的合理调控,在维持TMCs自身活性的同时可进一步提高材料自身的催化活性.不同维度TMCs纳米材料的结构优势集中体现在材料表面的有效利用与活性位点的暴露上.介绍了 TMCs纳米材料的制备方法及其催化析氢性能,指出了 TMCs纳米材料面临的挑战及存在的问题,以期为不同维度TMCs纳米材料的研究提供参考.
提出了一种简单而有效的重建被甲醇降解的对苯二甲酸铜(CuBDC)金属有机骨架材料的方法,只需溶剂辅助一步可实现CuBDC的重建.将CuBDC浸泡在甲醇溶液中使其降解,再用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)重建,重建CuBDC孔隙率达到新制的94％,通过CO2和环氧化合物的环加成反应评价重建CuBDC的催化性能,重建CuBDC的转化率和产率分别达到新制的97.8％和97.6％,实现了高度重建的目标,并具有良好的循环使用性能.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、静态氮气吸附仪、热失重分析仪和傅里叶红外变换光谱仪等仪器表征,探讨了CuBDC降解-重建的机理.
为缓解硅基负极的体积效应以改善其循环性能,采用球磨法制备了具有包覆形貌的铜硅复合粉末作为电极材料.结果表明:增加铜组分的比例和铜粉的粒度有利于形成包覆结构和Cu-Si合金,5种不同粒度的磨球混合球磨时磨球和粉末温度最高.将不同球磨时间样品的X射线衍射(XRD)谱图进行定量分析,1h就有少量的Cu3Si和Cu15Si4生成,球磨时间增加,Cu3Si和Cu15Si4含量不断增多,Cu和Si单质相应减少,球磨8h后,各相含量变化不大,趋于稳定.电化学性能测试表明,相比纯Si电极,Cu100-xSix电极具有优良的循环性能,但随着铜含量的增加,反应动力学减慢.
