磁性多壁碳纳米管的制备及其在重金属水处理方面的应用

利用湿化学氧化法对多壁碳纳米管(MWCNT)进行表面功能改性处理,然后采用溶剂热法进一步处理制备重金属吸附性能的磁性多壁碳纳米管(60-MWCNT/Fe_30_4),并采用SEM、FT-IR、XPS等表征。结果表明:经磁性四氧化三铁表面改性后,在MWCNT表面有效引入了含氧官能团(一COOH)及磁性Fe—0基团,制备的60-MWCNT/Fe_30_4集合了MWCNT材料的优良特性及Fe_30_4磁性材料的磁特性。在此基础上,将60-MWCNT/Fe_30_4作为可靠的吸附剂用于重金属水处理。实验结果表明60-MWCNT/Fe_30_4对Cu(II)、Cd〇I)及Pb(II)具有良好的吸附分离效果,最佳吸附pH值为6,最大饱和吸附容量分别达到87.64、57.14、215.05 mg?g'且对共存离子具有选择性。吸附动力学曲线拟合发现,符合Langmuir吸附等温模型和拟二级动力学吸附模型。这项研究为吸附法处理水体中重金属离子提供了新的思路。     

搅拌摩擦加工法制备石墨烯/铝基复合材料及其性能研究

利用搅拌摩擦加工(FSP)法制备了石墨烯/铝基复合材料,通过光镜、SEM+EDS、拉曼光谱和XRD等分析手段对复合材料中石墨烯分散、损伤以及石墨烯-铝界面反应等进行了表征,研究了不同石墨烯加入量对复合材料力学性能的影响。结果表明:石墨烯/铝基复合材料的FSP制备能有效降低界面反应并促进石墨烯片层剥离,但同时也会导致石墨烯结构损伤的加剧。石墨烯在基体中的分散与其加入量密切相关,更多的石墨烯加入会导致其团聚和片层堆砌而影响复合材料的延伸率,合适的加入量可实现对铝基的同时增强增韧。     

SiO32-浓度对KMnO4/FeSO4工艺除磷过程的影响

考察了天然水体中常见的SiO_3~(2-)对KMnO_4/FeSO_4工艺混凝除磷的影响。SiO_3~(2-)存在时KMnO_4/FeSO_4工艺混凝除磷的效能随着溶液pH的升高呈现先增加后降低的趋势。SiO_3~(2-)浓度为1.0 mmol/L,溶液pH值为4～6时,SiO_3~(2-)可促进KMnO_4/FeSO_4工艺除磷的效能,KMnO_4/FeSO_4工艺对磷的去除效果分别增加了6.0%,9.9%和6.3%;溶液pH值为7～9时,SiO_3~(2-)可显著抑制KMnO_4/FeSO_4工艺除磷的效能,KMnO_4/FeSO_4工艺对磷的去除效果分别降低了14.76%,32.6%和17.3%。KMnO_4/FeSO_4工艺形成的絮体颗粒物表面ζ电位显著降低,溶液中残余铁的量明显提高。另外,水中SiO_3~(2-)对KMnO_4/FeSO_4工艺形成的絮体颗粒物的组成和表面特征均有一定影响。该研究为KMnO_4/FeSO_4工艺混凝除磷技术的推广提供了必要的理论基础。     

典型氧化剂与硫酸亚铁联用去除水中磷的效能分析

采用不同氧化剂(H2O2,NaClO,KMnO4,O3和O2),建立相应氧化剂与FeSO4联用工艺,对比了不同氧化剂与FeSO4联用工艺去除水中磷的效能。结果表明,H2O2-FeSO4,NaClO-FeSO4,KMnO4-FeSO4,O3-FeSO4和O2-FeSO4对磷均有一定的去除作用,但去除效果不同。氧化剂-FeSO4工艺对磷的去除效果均随溶液pH值的升高而降低,随铁盐投量的增加而增加。各工艺对磷的吸附去除率明显低于混凝沉淀对磷的去除率,其对磷的去除为络合沉淀和吸附作用的共同结果。研究证明:氧化剂-FeSO4工艺除磷具有可行性,且KMnO4-FeSO4工艺具有广阔的应用前景。     

Li2Ru0.6Mn0.4O3/氧化石墨烯复合材料的制备 及电化学性能

采用氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)与固相法制备的Li_2Ru_(0.6)Mn_(0.4)O_3复合得到Li_2Ru_(0.6)Mn_(0.4)O_3/GO复合电极材料,并利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)和能谱仪(Energy dispersive spectrometer,EDS)分别对其晶体结构、形貌进行了表征。氧化石墨烯不仅可以改善Li_2Ru_(0.6)Mn_(0.4)O_3的导电性,而且可减小其在电解液中因溶解而发生的副反应。电化学测试表明:复合后电极材料的循环性能和倍率性能得到了明显的改善,200圈以后容量依然为初始容量的87.5%;5C大倍率的充放电后,电流密度回到0.1C时,容量保持在初始容量的95%以上。     

SiC_p/Al复合材料用SiC表面预氧化处理研究

通过对SiC颗粒的高温氧化和增重实验,研究了SiC高温氧化规律和氧化动力学,探讨了SiC高温氧化后SiC_p/Al复合材料的界面反应。结果表明,SiC颗粒氧化增重随氧化时间增加,先快速增加,后缓慢增加,符合抛物线规律。SiO_2氧化膜厚度随加热温度升高而增加。氧化温度低于900℃时氧化速度较慢,超过1 300℃时氧化膜厚度随氧化温度增加而增加不明显,SiC颗粒表面氧化处理应以氧化温度为1 100℃和氧化时间为10 h为宜。SiC颗粒氧化处理可使SiC_p/Al复合材料界面反应形成Al_2O_3界面相,而有效抑制了界面相Al_4C_3的产生。     

不同碳材料对铜基复合材料组织和性能影响研究

本研究以石墨片、碳纳米管、石墨烯和氧化石墨烯为增强碳材料,采用复压复烧法制备了质量分数为0.5%的不同碳材料/铜复合材料,并分析了各复合材料的显微组织、相对密度、显微硬度与拉伸性能。微观组织观察表明,石墨片、碳纳米管和石墨烯在复合材料中均存在团聚,而氧化石墨烯的分散性较好。纯铜及不同碳材料/铜复合材料的相对密度较高,其值均在96.74%以上。不同碳材料/铜复合材料的显微硬度均高于纯铜,除石墨/铜外,其余碳材料/铜复合材料的抗拉强度均大于纯铜,主要强化机制为细晶强化和位错强化。然而由于碳-铜的结合力较弱,所有碳材料/铜复合材料的断后伸长率均小于纯铜。综合比较发现,以氧化石墨烯为增强材料制备的还原氧化石墨烯/铜复合材料的性能最佳,其相对密度、显微硬度、抗拉强度均为最大,分别为99.04%、71.2 HV、229.22 MPa,断后伸长率达到了66.8%。     

改性聚氨酯乳液及其耐介质、防腐行为研究

采用环氧树脂对水性聚氨酯接枝,再通过γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)与石墨烯表面含氧基团反应,得到硅烷偶联剂改性的氧化石墨烯,最后使两者复配得到稳定性良好、耐蚀性能优异的氧化石墨烯/环氧改性水性聚氨酯(GO/EPWPU)乳液。研究分析了不同环氧树脂含量对水性聚氨酯涂膜物理性能和耐介质性能的影响,通过电化学方法研究了涂层的耐蚀性能和防腐蚀行为。结果表明:环氧树脂用量为7%时,涂层力学性能、耐介质性能优异;与原始样品对比发现,添加改性石墨烯明显提升了涂层的耐蚀性能,此外,当改性石墨烯用量为1‰时,涂层耐蚀性能最好,通过观察涂层浸泡腐蚀过程,进一步分析了不同石墨烯用量的环氧改性水性聚氨酯涂层的防腐蚀行为。     

微波无极紫外技术处理硝基苯模拟废水

采用微波无极紫外技术,以难降解硝基苯模拟废水为研究对象,考察了催化剂投加量、反应时间、微波功率和初始pH值等因素对硝基苯去除效果的影响.结果表明,采用微波无极紫外技术降解硝基苯的最佳条件为:催化剂投加量16 g/L、微波功率500 W、初始pH为5.在此条件下,降解8 min时,硝基苯去除率达99.2%.继续延长反应时间至20 min时,COD去除率达82.5%.同时,研究了硝基苯降解反应动力学,此降解过程符合一级反应动力学模型,反应速率常数k为0.608 min-1,半衰期为1.14 min,其反应增强因子为1.94,表明微波与无极紫外同时降解硝基苯时具有协同效应.     

非水体系合成多种形貌氮化硅基纳米孔材料

分别以乙腈、氯仿和甲酰胺为溶剂,十八胺为模板剂,通过非氧化物溶胶-凝胶过程合成了多种形貌的氮化硅基纳米孔材料。利用X射线衍射(X-ray d iffraction,XRD)、透射电子显微镜(T ransm iss ion e lectronm icroscope,TEM)、N2吸附-脱附和电子能谱(Energy d ispers ive spectroscope,EDS)对样品进行了表征。XRD结果显示产物是层间距为4.7 nm和3.6 nm的层状相材料。TEM照片表明,在乙腈、氯仿和甲酰胺溶剂中分别得到花状、片状和核-环状形貌的氮化硅基材料。N2吸附-脱附分析表明,产物具有较高的比表面积和窄的孔径分布。EDS分析证明,产物含有S i,N,C,C l元素而不含有O元素。非水体系中表面活性剂自组装形成的介观相可以作为模板来指导具有特殊介观结构和形貌的纳米材料的合成。     

溶剂对RuxSey/石墨烯复合催化剂电催化性能的影响

采用一步溶剂热法以RuCl3·xH2O, SeO2为前驱体,还原氧化石墨烯为载体制备了RuxSey/石墨烯催化剂,探讨了乙醇和乙二醇两种溶剂对催化剂形貌、结构以及氧还原（Oxygen reduction reaction, ORR）活性的影响,并利用透射电子显微镜（Transmission electron microscope, TEM）、X射线衍射仪（X-ray diffraction, XRD）、拉曼光谱仪（Raman）和旋转圆盘电极（Rotating disk electrode, RDE）技术表征了催化剂的物理特征和催化性能。结果表明RuxSey颗粒可以均匀地分散在石墨烯片层上,以乙二醇为溶剂制备的RuxSey/石墨烯催化剂具有良好的结晶性能,且乙二醇的存在可以促进氧化石墨烯载体的还原,增大其比表面积,使催化剂在0.1 mol/L KOH 溶液中表现出较高的氧还原活性。     

废水处理中吸附材料的研究

研究用于废水处理的新型吸附材料（活性粉煤灰）。探明了这种新材料在实验条件范围内较好地符合Ｌａｎｇｍｕｉｒ等温吸附规律；并对废水中污染物有较好的去除效果。     

CNFs/CDA纳米纤维复合膜装置的制备与性能研究

以二甲基亚砜/三氯甲烷作为新型双组分溶剂体系,利用溶剂置换法将纤维素纳米纤维(Cellulose nanofibers,CNFs)与二醋酸纤维素(Cellulose diacetate,CDA)复合;利用熔融沉积(Fused deposition modeling,FDM)3D打印技术,在平行导电板上直接打印成型蜂窝状的碳纤维(Carbon fiber,CF)/聚乳酸(Polylactic acid,PLA)复合材料支撑体;采用静电纺丝技术使CNFs/CDA复合纳米纤维直接沉积于蜂窝状CF/PLA支撑体上,制备了基于3D打印技术的CNFs/CDA复合纳米纤维膜装置。利用透射电镜(Transmission eletron microscopy,TEM)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等测试技术对所制备CNFs/CDA复合纤维膜的形貌与结构进行了表征,并测试了CNFs/CDA复合膜装置对蛋白质的吸附性能。结果表明,当CNFs的质量分数为0.5%时,CNFs/CDA复合纳米纤维平均直径可达(381±116)nm,纤维直径分布更均匀,超过80%的纤维尺寸保持在200～500 nm范围内。而且,基于3D打印技术的CNFs/CDA复合纳米纤维膜装置对牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)具有一定的吸附能力,最高吸附量可达433.89 mg/g。     

负载CuO/Cl活性炭的气态汞脱除特性

为了解CuO/Cl负载对活性炭吸附剂汞脱除特性的影响,开展了利用HCI,Cu(NO_3)_2·3H_2O,Cu(NO_3)_2·3H_2O混合NH_4Cl溶液3种浸渍负栽处理方法获得的活性炭吸附材料汞脱除性能实验研究.汞吸附实验在实验室规模的固态吸附刺汞吸附效能测定系统上进行.结果表明,3种负载改性的活性炭对单质汞的吸附能力均高于原始活性炭,且所获得的汞吸附能力从低到高依次为AC-CuO,AC-HCl,AC-CuO(Cl).活性炭负载CuO/Cl可以使吸附反应器出口处烟气中含有40%以上的二价汞,吸附能力的提高可归因于CuO对活性炭表面汞氧化的催化作用.温度提高有利于催化氧化过程,实际运行工况的最佳温度区间为370～470K.随着SO2浓度的升高,汞吸附能力明显降低.     

羟基磷灰石晶须的水热法合成及表征

为了研究反应时间、温度、钙磷比以及反应体系的pH值对羟基磷灰石结构及形貌的影响,本文采用水热法在醋酸钙和磷酸的混合酸性溶液中制备羟基磷灰石。用扫描电镜(Scann ing e lectron m icroscopy,SEM)、X射线衍射(X-ray d iffraction,XRD)和红外光谱(FT-IR)法,对制备的羟基磷灰石进行了表征和分析。结果表明:生成的羟基磷灰石晶须的长度及长径比随反应时间的延长而增大。温度低于150℃时,得到羟基磷灰石晶须;温度高于180℃,则得到细小羟基磷灰石晶体的聚集产物。当反应物的pH=9时,得到的是缺钙型的羟基磷灰石;当反应物的pH<4时,产物中出现新相磷酸氢钙;当pH=2时,得到纯的磷酸氢钙。     

N-GQDs/g-C_3N_4的合成及光催化分解水产氢性能研究

本文系统地研究了由不同前驱体(尿素,双氰胺,三聚氰胺)制备的类石墨烯相氮化碳(g-C_3N_4)催化剂的催化效果与其结构和形貌的关系,实验结果表明,g-C_3N_4的聚合方式、聚合程度、质子化程度以及不同前躯体的堆积方式都会对光催化产氢效果产生影响。另外,为了深入探索g-C_3N_4基复合材料的光催化性能,文中将g-C_3N_4与氮掺杂石墨烯量子点(NGQDs)复合,制备了一种新型的非金属催化剂N-GQDs/g-C_3N_4。相比g-C_3N_4,N-GQDs/g-C_3N_4异质结在光催化产氢中表现出了更加优异的效果。最后从机理上解释了N-GQDs/CN-U异质结光催化产氢的原理及N-GQDs在光催化反应中所起的重要作用。     

原位制备聚酰胺6/气相白炭黑的结晶动力学研究

通过原位聚合方法制备气相白炭黑增强聚酰胺6复合材料,利用差示扫描量热仪对其结晶行为进行表征,并运用莫志深法对结晶动力学进行分析。结果表明:气相白炭黑的引入使浇铸成型聚酰胺6(MCPA6)的结晶峰温升高,结晶焓降低;在试验范围内,莫志深法可以很好地描述该体系的非等温结晶过程;由Kissinger和Takhor公式的计算结果表明气相白炭黑的引入均提高了MCPA6的结晶活化能(ΔE)。     

面向纤维增强复合材料低速冲击损伤的非线性混合模型

基于连续介质损伤力学提出了一种纤维增强复合材料(Fiber reinforced polyrner/plastic,FRP)结构低速冲击损伤预测的渐进损伤模型,包含非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,用来预测复合材料层合板低速冲击损伤。模型区分了纤维拉伸/压缩、纤维间拉伸/压缩4种层内损伤以及层间分层损伤;纤维间损伤起始由Puck失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,失效判定时考虑了就位效应对强度的影响;模型中加入单元特征长度以消除计算结果对网格密度的依赖性。以[45_4/-45_8/45_4],[0_3/45/-45]_S和[45/-45/0_2/90/45/0_2/-45/45]_3三种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了本文模型的有效性。     

阳极氧化TiO2膜对甲基橙溶液的光催化性能研究

本试验利用阳极氧化的方法在纯钛基体上直接获得锐钛相T iO2多孔膜,解决T iO2光催化剂的涂敷固定问题。用场发射扫描电镜(F ie ld em iss ion scann ing e lectron m icroscope,FESEM)和X射线衍射仪(X-ray d iffractionm eter,XRD)对纯钛表面生成的T iO2多孔膜的形貌和晶体结构进行分析。以10m g/L甲基橙溶液为降解物进行光催化试验,分别研究了阳极氧化电压、溶液的初始pH值、T iO2膜的面积、T iO2膜的使用次数对降解率的影响。试验结果表明,当溶液初始pH值为1时,140V阳极氧化所得T iO2膜的光催化性能最好,同时随着T iO2膜使用次数的增加,但其光催化效果有所下降。     

复合材料低速冲击损伤面积神经网络估算方法

损伤面积是复合材料层合板在受低速冲击后其损伤严重程度主要表征参数之一。本文基于3层拓扑结构的BP人工神经网络,以冲击能量和凹坑深度作为输入参数,建立了损伤面积的快速估算模型。利用试验样本数据对BP神经网络模型训练后,选取样本数据进行仿真验证。对比分析说明该损伤面积估算模型具有良好的试验数据内在联系发掘能力,估算准确性与效率较高。本文研究为复合材料层合板低速冲击损伤面积估算提供了一种新的有效方法。