采用浸渍法制备Ni/Al2O3催化剂,并利用BET、XRD、GC-MS、TG等对反应前后催化剂及液态产物进行了表征。采用固定床反应器考察了Ni/Al2O3催化剂作用下乙酸水蒸气重整制氢的反应性能,研究了反应温度、水碳比、CaO吸收剂等因素对气体组分体积分数变化以及氢气收率的影响。结果表明,在重整反应温度为600℃、水碳比为5的条件下,氢气体积分数可达92.9%,其收率为97.9%;添加CaO吸收剂后,氢气体积分数增加了6.1%,但其收率下降15%。反应后催化剂的XRD和TG表征结果表明,CaO吸收剂的加入抑制了催化剂表面消碳反应的进行,进而造成Ni/Al2O3催化剂作用下氢气收率的下降。
以煤系高岭土(CK)、双氰胺为原料,采用热聚合法制得g-C3N4/煤系高岭土(g-C3N4/CK)复合材料,并用于光催化氧化As (Ⅲ)。通过XRD、SEM、UV-DRS、PL光谱等分析手段对g-C3N4/CK复合材料进行表征。结果表明,g-C3N4与CK复合后改善了g-C3N4片层团聚状态,抑制了光生电子和空穴的复合,具有更强的光催化氧化As (Ⅲ)能力。在所构造的复合催化剂中,g-C3N4/CK-15%光催化氧化As (Ⅲ)效果最佳,在光照210 min的条件下,As (Ⅲ)的氧化率可达90.54%;g-C3N4/CK-15%稳定性较佳,循环使用4次后仍有较强的光催化氧化能力。机理分析结果表明,空穴和超氧自由基是As (Ⅲ)氧化的主要活性基团。
铜氨溶液在使用过程中常伴有铜氨废水产生,如果不加以处理将会严重污染环境。以氧化还原电位(ORP)控制硫化沉淀和利用沉淀浮选对铜渣进行回收的组合工艺对铜氨废水进行实验研究。结果表明,在pH为11时,ORP与硫化钠加药量、水中残余铜浓度具有高度相关性,利用ORP最大突变点和ORP<-500 mV皆可控制硫化钠加药量,残余总铜质量浓度<0.5 mg/L;对沉淀物进行浮选,在pH为5~11、异戊基黄药质量浓度为100 mg/L或丁铵黑药质量浓度为160 mg/L、浮选时间为5 min时,均可实现99%以上的铜回收率。回收产品可作为铜精矿销售,实现铜氨废水的资源化利用。
为了探究超声强化污泥水解小分子化过程中溶解性有机物(DOMs)的产生途径以及变化情况,进行了超声强化污泥水解试验和序批式污泥厌氧消化试验。结果表明,超声强化污泥水解引起的胞外聚合物(EPS)破解导致污泥粒径从32.52 μm减小到了26.23 μm,有机物从紧密EPS向可溶EPS转移从而产生DOMs,可溶EPS的COD值从232 mg/L增加到2 180 mg/L。可溶性蛋白质和可溶性多糖的释放程度均与能量输入比呈正相关,且二者是生成短链脂肪酸(SCFAs)的重要底物。厌氧消化过程中,SCFAs生成量随着EPS的破解而增加,乙酸和丙酸占SCFAs总质量的67.4%~85.0%。未处理污泥的主要荧光组分为类蛋白物质,而经过超声预处理后污泥的主要荧光组分为类蛋白物质和类腐殖酸物质。
二维过渡金属材料特殊的各向异性结构使其在电催化领域具有潜在的应用,然而其单一的表面性质和不足的导电性限制了电催化活性的进一步提高。首先采用原位化学氧化在泡沫铜(CF)表面制备CuO纳米带(CuO NBs),进而在其表面修饰纳米银颗粒(Ag NPs),以达到改善导电性和界面性质的目的。结果表明,作为H2O2的检测电极,AgNPs/CuO NBs/CF电极在1.5 μmol/L~2.5 mmol/L之间的灵敏度高达181.2 μA/(mmol/L·cm2),该灵敏度高于CuO NBs/CF电极[126.4 μA/(mmol/L·cm2)]和CF电极[98.8 μA/(mmol/L·cm2)],证明通过Ag NPs修饰可以有效提高CuO NBs的电催化活性。
采用水热法制备磁性纳米洋葱碳/层状双金属氢氧化物(MCNOs/LDH)复合材料,高温煅烧制备了焙烧态MCNOs/LDH复合材料(MCNOs/CLDH),并通过正交试验确定最佳煅烧工艺参数。利用XRD、FT-IR、SEM、N2吸附-脱附(BET)和VSM等对其结构形貌进行表征,并通过静态吸附实验考察MCNOs/CLDH对F-的吸附性能。结果表明,在焙烧温度为550℃、焙烧时间为2 h的最佳条件下制备的MCNOs/CLDH对F-的吸附容量为28.95 mg/g,去除效率为57.9%。此外,结合MCNOs/CLDH吸附F-后的XRD分析可知,吸附机理包括表面吸附、离子交换和混合金属氧化物的再水化以及氟离子向层间区域的嵌入,从而重建原始的LDH结构。
采用反向微乳法制备了Co/CexZr1-xO2-δ(x为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5)催化剂,探究了构建的微乳液体系中不同Ce组分的质量分数对甲烷催化燃烧活性的影响。对系列催化剂进行了XRD、BET、H2-TPR、SEM等分析手段的表征及催化剂的活性测试。结果表明,在催化剂Co/ZrO2中掺杂适量的Ce增大了比表面积,促进了Co的高度分散,形成了均相的Ce-Zr-O固溶体,且Co的相关物种也进入固溶体内部,形成了Co-Ce-Zr-O三元混合固溶体。Ce的掺杂显著降低了Co/ZrO2催化剂的起燃温度,且甲烷的转化率随Ce掺杂质量分数的增加呈现先升高后降低的趋势;存在最佳掺杂量(x=0.3),此时催化剂Co/Ce0.3Zr0.7O2-δ具有最高的催化活性,起燃温度(T10%)为340℃,完全转化温度(T90%)为500℃。
通过溶剂热法成功合成MIL-53(Fe)及其改性材料MIL-53(Fe)-(CF3)2,探究了MIL-53(Fe)及MIL-53(Fe)-(CF3)2的最佳制备条件,并通过XRD、SEM以及FT-IR对材料进行表征。结果表明,MIL-53(Fe)和MIL-53(Fe)-(CF3)2的最佳反应温度分别为150℃和100℃,最佳反应时间分别为10 h和16 h。以C6异构体为吸附质,考察了MIL-53(Fe)和MIL-53(Fe)-(CF3)2对其静态吸附性能,其中MIL-53(Fe)及MIL-53(Fe)-(CF3)2对3-甲基戊烷(3MP)的静态吸附量最大,对2,2-二甲基丁烷(22DMB)的吸附量最小,选择性分别为1.29和1.70。
利用熔融共混法制备了ABS/羟基多壁碳纳米管(OH-MWCNTs)复合材料并研究了其热性能和介电性能。结果表明,OH-MWCNTs提高了ABS的热稳定性、储能模量、玻璃化转变温度和维卡软化点。OH-MWCNTs质量分数为2%时,复合材料5%的质量损失温度提高了6.4℃,储能模量增加了19.9%,玻璃化转变温度提高了3.4℃,维卡软化点提高了3.3℃;OH-MWCNTs质量分数为4%时,5%质量损失温度提高了10.9℃,储能模量增加了27.1%,玻璃化转变温度提高了4.8℃,维卡软化点提高了5.6℃。OH-MWCNTS提高了ABS的介电常数,但同时增加了介质损耗因数。在低频时复合材料的介电常数较大、介质损耗因数较小;在高频时复合材料的介电常数较小、介质损耗因数较大。
在水-乙醇溶液体系中通过温和的共沉淀反应成功制备了一维(Ni1/3Co1/3Mn1/3) C2O4微米棒前驱体,通过混入碳酸氢钠及后期高温烧结得到Na2/3Ni1/3Co1/3Mn1/3O2微米棒钠离子电池正极材料。通过XRD、FESEM、TEM及电化学测试等手段对材料的结构、形貌、组成以及电化学性能进行了分析表征。结果表明,Na2/3Ni1/3Co1/3Mn1/3O2微米棒正极材料表现出优异的循环性能和倍率性能,在0.1 C倍率下,经过115次充放电循环后的容量保持率为70.0%;而在纯水体系中通过共沉淀法制备的Na2/3Ni1/3Co1/3Mn1/3O2微米颗粒正极材料的容量保持率仅为39.4%;同时在高倍率下微米棒的放电比容量也有较大优势。
为降低聚氨酯薄膜的表面电阻率,提高其抗静电稳定性。以离子液体(IL)1-羟乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐([C2OHmim][Tf2N])和多壁碳纳米管(MCNT)为原料,通过物理改性制备不同配比的离子液体-碳纳米管复合材料,并用其改善聚氨酯薄膜的抗静电性能,最终通过溶液涂膜法制得IL-MCNT/PU薄膜。IR、FT-IR分析结果表明,与IL复合后的碳纳米管具有良好的分散性;IL也通过羟基成功固定在聚氨酯基体中。改性后PU膜的表面电阻率降低了6个数量级,当添加IL-MCNT-5时,材料的电阻率由2.1×1013 Ω降至2.7×107 Ω,经过10 min超声处理后几乎保持不变。与单一组分离子液体相比,IL-MCNT显示出更好的抗静电稳定性;碳纳米管的加入提高了材料的力学性能。
通过硅烷偶联剂(KH560)对聚乙烯亚胺(PEI)进行改性制备了一种新型环保湿强剂。采用FT-IR、TG、SEM和Zeta电位仪对改性PEI进行结构表征和性能测试,并分析其与聚酸胺多胺环氧氯丙烷树脂(PAE)联用的增强效果。结果表明,将改性聚乙烯亚胺(PEI-KH560)湿强剂应用于纸张浆内施胶,当添加质量为绝干浆质量的1.6%、助留剂CMC质量分数为0.6%时,纸张的湿抗张指数达到17.42 N·m/g,相对未加入湿强剂试验干抗张指数提高了58.4%,撕裂指数提高了26.4%。与单独使用改性产品相比,PEI-KH560与PAE等质量比联用的湿抗张指数提高23.8%,耐折度提高50.1%。
为了提高沼气液化的CO2脱除指标,简化脱碳工艺,采用带压液化技术设计了一种混合冷剂沼气带压液化流程:将预处理后的沼气二级膜分离,得到高纯度CH4流和富CO2流,再经带压液化和精馏,得到液态CH4和食品级液态CO2。HYSYS流程模拟表明,对于流量为1 000 kg/h、组分为60% CH4+40% CO2的模拟沼气,该流程可实现沼气液化率84.24%、CH4回收率83.62%、CO2回收率85.17%、液态CH4产出率51.06%、液态CO2产出率33.18%、产品总销售额7 797元/h。在此基础上,建立了HYSYS&Matlab混合仿真平台,以产品比功耗为目标函数,采用序列二次规划(SQP)算法,对流程进行了优化,优化后的比功耗降低了26.8%。最后,通过调整沼气组分(CH4 57%~62%)和流量(920~1 060 kg/h),分析了优化工况的适应性。
利用自组装技术,在玻碳电极(GCE)表面构建了一种基于聚乙烯亚胺(PEI)/手性肽(D-BGAc)的手性界面,用于对色氨酸(Trp)对映体的电化学识别。首先在玻碳电极表面修饰一层PEI,D-BGAc与PEI通过静电自组装形成多孔膜,制备得到PEI/D-BGAc手性界面,并对其进行了表征。差分脉冲伏安法(DPV)的分析表明,在最优条件下,此手性界面对于L-Trp和D-Trp之间的电流识别效果(ID/IL)可达3.4。在0.005~0.15 mmol/L的浓度范围内,不同浓度的Trp对映体与其峰电流有良好的线性关系。此外,手性界面还能够用于识别Trp外消旋溶液,显示该手性界面能成功用于Trp对映体的识别。