以沸石咪唑骨架-67(ZIF-67)为前驱体,采用两步煅烧法制备了四氧化三钴/碳(Co3O4/C)纳米复合材料。利用自由基聚合法合成了Co3O4/C-聚丙烯酰胺水凝胶,进一步在水凝胶框架中原位聚合电化学活性聚吡咯颗粒,制备具有优异机械性能的柔性复合电极材料。在此基础上,将该柔性电极材料和水凝胶电解质组装成全固态柔性超级电容器;实验结果表明,Co3O4/C纳米材料与导电聚合物复合电极材料具有优异的超级电容器性能。通过恒流充放电曲线计算得到该器件具有197.83 mF/cm2的面电容。在电化学循环10 000圈后该器件的容量仅下降9%,展示了其优异的循环稳定性;此外,该电容器具有的优异机械柔性,使其有望应用于未来柔性电子器件。
阴离子交换膜是燃料电池的核心部件之一。掺杂阴离子交换膜中无机/有机物相容性低,限制了其掺杂量和性能提升。提出了有机-无机同轴纤维化的增强方法,采用同轴静电纺丝将掺杂功能化碳纳米管的咪唑化聚砜纤维化,再经热压成膜形成增强网络。在同轴纺丝头的内管添加碳纳米管,将其包裹限域在纤维芯层提高碳纳米管与咪唑聚砜的无机-有机相容性,使碳纳米管掺杂量从单轴电纺膜的0.4%提高至0.6%。同轴电纺膜的氢氧根离子电导率(60℃下49.7 mS/cm)、耐溶胀性能(60℃下10.5%)和热碱稳定性(60℃、1 mol/L KOH溶液浸泡168 h电导率保持85.3%)均高于单轴电纺膜和浇铸膜。结果表明,有机-无机同轴纤维化方法可以有效提高阴离子交换膜的相容性、电导率和耐溶胀性。
以木薯淀粉为原料,用微波-超声波辅助沉降法制备淀粉纳米颗粒,通过扫描电镜、粒度仪等对淀粉纳米颗粒进行了表征。以姜黄素为载药模型,考察了药物初始质量浓度、无水乙醇质量分数、载药温度、载药时间对载药量的影响,并探究了木薯淀粉纳米颗粒对姜黄素的缓释作用。结果表明,药物初始质量浓度为40 μg/mL、无水乙醇质量分数为30%、载药温度为30℃、载药时间25 min时,木薯淀粉纳米颗粒对姜黄素的吸附量最大,可达81.14 mg/g。姜黄素原料药5 h释放率为95%,而木薯淀粉纳米颗粒透析5 h后,药物释放率仅为15%。由此可知,微波-超声波辅助沉降法制备的木薯淀粉纳米颗粒具有较好的载药性能,并对药物具有较好的缓释效果。
以氧氯化锆和硝酸铝混合溶液为前驱体,氨水为沉淀剂,PEG-6000为分散剂,通过沉淀法合成多孔ZrO2-Al2O3复合载体。利用正交实验考察了氧氯化锆和硝酸铝混合溶液浓度、锆铝摩尔比、分散剂质量、焙烧时间等因素对ZrO2-Al2O3复合载体比表面积的影响,得到合成多孔ZrO2-Al2O3复合载体的最佳工艺条件:氧氯化锆和硝酸铝混合溶液浓度为0.4 mol/L、锆铝摩尔比为3∶7、分散剂PEG-6000的质量为1 g、焙烧时间为6 h。对该条件下合成的多孔ZrO2-Al2O3复合载体进行BET、SEM、XRD和粒度表征。结果发现,合成的多孔ZrO2-Al2O3复合载体粒度小、分布均匀、表面疏松、比表面积大,适合做负载型催化剂载体的材料。通过浸渍法载镍制得Ni/ZrO2-Al2O3催化剂,初步检测了其甲烷化催化活性,结果发现,CO转化率随温度单调增大,在470℃高达89%,之后有所减低;CH4选择性最高可达98%。
为了解决硅纳米材料在锂化过程中存在的体积膨胀(300%)和硅材料本身导电性不强的问题,通过在硅材料外部包覆一层有序含氮多孔碳(PNC)使其具有许多孔隙,为硅纳米颗粒的体积变化提供很大的壳体空间,有效地缓冲了硅的体积膨胀问题,从而可以维持电极的物理结构并保护电极。此外,包覆在硅材料表面的有序含氮多孔碳能够有效地解决硅导电性不强的问题,有序的碳层有利于锂离子的嵌入与脱出。Si@PNC(PNC包覆硅)硅碳复合材料在电流密度为1 A/g时循环350周之后电池的比容量维持在1 600 mAh/g左右,且在循环周期内比容量相对稳定,具有相对优异的速率能力和循环稳定性。因此,有序的含氮多孔碳可以有效地解决硅材料作为锂离子电池负极材料所面临的问题。
利用蒸氨法制备了Cu/SiO2催化剂,同时以Cu/SiO2为前基体,采用等体积浸渍法分别负载Fe、Mn、Cr 3种活性金属,考察了Cu/SiO2、Fe-Cu/SiO2、Mn-Cu/SiO2、Cr-Cu/SiO2催化剂对大庆常顶油品脱砷性能的影响。利用BET、FT-IR、TEM、XRD、XRF、H2-TPR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,本体型Cu/SiO2催化剂及双金属负载型Fe-Cu/SiO2、Mn-Cu/SiO2、Cr-Cu/SiO2催化剂的脱砷效果均优于工业剂。相比工业剂,Cu/SiO2拥有更为优异的织构性质及分散性能,而对于双金属脱砷剂而言,二次负载的活性金属Fe、Mn、Cr均促进了Cu物种在Cu/SiO2体相的进一步分散,同时增强了催化剂体系的氧化性能,其中氧化性最强的Cr-Cu/SiO2表现出了最佳的脱砷效果,脱砷率为99.19%。
采用溶液聚合法制备魔芋接枝丙烯酸-丙烯酰胺/高岭土复合材料。正交试验分析表明,当高岭土质量为丙烯酸质量的20%、聚合温度为80℃、丙烯酸中和度为70%、聚合时间为90 min、丙烯酰胺与丙烯酸质量比为1∶2时,制备得到的魔芋接枝丙烯酸-丙烯酰胺/高岭土复合材料的吸蒸馏水倍率最高,为506.2 g/g。以布洛芬为模型药物,研究了魔芋接枝丙烯酸-丙烯酰胺/高岭土复合材料对布洛芬的释药性能,结果表明,载药复合材料在pH=7.4的缓冲溶液中的累积释药率明显高于在pH=1.2的溶液中的累积释药率,其对布洛芬的释放机理符合Fickian扩散。红外光谱(FT-IR)分析结果表明,魔芋、丙烯酸、丙烯酰胺、高岭土和布洛芬发生了相互作用,共同参与了接枝聚合反应。
以苎麻材料为基底,聚多巴胺(PDA)为粘结层,将低表面能物质正十二硫醇粘合于苎麻纤维表面制得疏水苎麻纤维。通过正交实验确定制备疏水苎麻纤维的最佳制备条件为:反应温度为30℃、反应时间为12 h、pH为9.5、多巴胺质量浓度为4 mg/mL。利用电镜、红外光谱与接触角测量仪探究材料的微观变化与疏水性能,结果表明,疏水基团成功地粘结到材料的表面,最佳制备条件下改性材料的静态水接触角达148°,多次重复使用后仍具有良好的疏水效果。改性材料对柴油、豆油、润滑油与原油的吸附倍率较原材料分别提高了1.46、1.89、2.45、2.84倍,且改性材料在保油性方面表现良好。
利用层层组装法合成了羧甲基-β-环糊精修饰的Fe3O4纳米粒,以疏水型药物左旋咪唑(LMS)为模型药物,制备了载药纳米粒并对其细胞毒性和体外释药特性进行考察。利用IR、XRD、TEM、Zeta电位与激光粒度仪等对材料进行结构形貌表征,利用UV法测定载药纳米粒的载药量和包封率并进行体外释放药物左旋咪唑性能研究,采用MTT法评价材料的细胞毒性。结果表明,羧甲基-β-环糊精成功地接枝到四氧化三铁纳米粒上,粒径大小为22.4 nm左右,呈球状或椭圆状,磁性良好。当载体与药摩尔比为1∶1时,对左旋咪唑的载药量和包封率分别为(14.32±0.24)%和(42.38±0.35)%,复合材料对MCF-7细胞无毒,载药纳米粒在缓冲溶液中具有较好的缓释效果。
采用共沉淀法制备Mg-Zn复合氧化物催化剂,着重考察了焙烧温度对催化剂结构和催化性能的影响,并将其用于催化大豆油甘油解合成单甘酯(MAG)。利用XRD、BET、SEM和HRTEM等分析手段对Mg-Zn复合氧化物催化剂进行表征。不同焙烧温度下,Mg-Zn复合氧化物催化剂碱强度H_在15.0~17.2范围时,催化剂MZ800碱量最大,碱强度是影响催化剂活性的主要因素。由HRTEM分析发现,800℃时催化剂出现六边形结构,这是由于Zn-Mg-O晶格的生成。且Mg-Zn复合氧化物催化剂中ZnO(101)处晶面间距(0.024 2 nm)略小于标准卡片六方晶相ZnO(101)晶面间距(0.248 nm)。结果表明,适宜的焙烧温度为800℃,此时大豆油转化率为96.5%,MAG收率为53.4%。
臭氧催化氧化技术中活性炭型催化剂比表面积大,且载体自身具有催化作用,活性一般较好,但其结构松散、磨耗较高,影响工业应用。对自制活性炭复合催化剂进行改性后处理石化污水,探索催化剂的性能优势及适宜的工艺条件。结果表明,催化剂可强化臭氧氧化效果,提高臭氧利用率。活性炭复合催化剂具有高强度、低磨耗的特点,其COD去除率较活性炭催化剂提高12%,经过表面活性剂改性后的COD去除率进一步提高近10%。低反应空速和高臭氧投加量有利于提高COD去除率。ACFH-2和ACFH-3催化剂处理后出水COD值均小于50 mg/L,并在150 h内活性没有明显下降,表现出良好的催化活性和稳定性,适于工业推广应用。
构建了一种在磁性纳米颗粒表面包覆介孔碳层的制备方法。探究了2种硅前驱体四乙氧基硅烷(TEOS)和四丙氧基硅烷(TPOS)造孔剂对碳层表面孔结构的影响,同时研究了在碳微球制备过程中硅前驱体引入方式对碳层孔结构形成的影响。利用X射线衍射仪、透射电子显微镜、全孔分析等手段对材料的组成、形貌、比表面和孔结构进行表征。结果表明,采用TEOS和TPOS造孔剂,碳微球的比表面积较硅前驱体引入前有显著提高,在选定实验条件下比表面积可提高1.5倍;同时丰富了介孔结构,介孔孔容占比由引入前的18%提高至90%以上。考察了该材料对抗生素红霉素的吸附性能,硅前驱体引入后的磁性介孔碳微球的吸附量提高3.1~5.5倍。
以蓖麻油基聚氧乙烯醚(EL)和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为软段,1,6-六亚甲基二氨基甲酸甲酯(HDC)为硬段,二月桂酸二丁基锡(DBTDL)为催化剂,1,4-丁二醇(1,4-BDO)为扩链剂,采用酯交换缩聚法制备蓖麻油基聚醚型聚氨酯弹性体(CEUs)。利用红外光谱、热重分析、拉伸性能测试等对CEUs进行分析与表征。通过单因素对比实验探讨了物料配比、预聚阶段的温度、时间和压力及缩聚阶段的温度和时间等对蓖麻油基聚醚型聚氨酯弹性体力学性能的影响。结果表明,较优的制备工艺条件为:n(EL)∶n(PTMG)=1∶5、n(软段)∶n(硬段)=1∶1.07、预聚温度为110℃、预聚时间为45 min、预聚压力为0.03 MPa、缩聚温度为170℃、缩聚时间为180 min。在该制备工艺条件下,伸长率达到972.38%,断裂拉伸强度为3.23 MPa,邵尔A硬度为60。
研究了催化剂种类、AlCl3-ZnCl2用量、馏出液连续套用、中试放大对合成氯乙烷的影响,探索了3种提供氯化氢气体方法用于合成氯乙烷,运用了自动化控制技术和大型反应器生产氯乙烷。结果表明,AlCl3-ZnCl2是催化合成氯乙烷的优良催化剂;当乙醇∶氯化氢∶AlCl3∶ZnCl2(摩尔比)为1∶1.07∶0.4∶0.4时,该催化体系具有最好的催化效率;当馏出液连续套用时,氯乙烷收率更高。硫酸-盐酸法、解析-增浓盐酸循环系统法和副产物氯化氢气体法均可为合成氯乙烷提供氯化氢,副产物氯化氢气体法更具有发展前景。自动化控制技术和大型反应器的应用赋予了氯乙烷生产的安全性和高效性。