MOFs@气凝胶吸附去除水中污染物的研究进展

MOFs@气凝胶相较于单一的MOFs具有超高的比表面积、较高的孔隙率、较好的聚合物相容性以及出色的结构孔隙等特性,可高效吸附去除水中污染物。介绍了MOFs@气凝胶的结构和理化性质以及MOFs@气凝胶的常用合成策略,并重点分析了合成策略的优缺点以及所面临的挑战;详述了MOFs@气凝胶对污水中重金属离子和有机化合物的吸附条件和吸附性能,对相关吸附机理做了系统总结和对比;阐述了MOFs@气凝胶在吸附水中污染物方面的可重复利用性。最后针对MOFs@气凝胶中MOFs的稳定性、气凝胶的基质材料、应用范围以及干燥技术等问题提出优化方向,指出提高MOFs@气凝胶的稳定性、探索新型基质材料、扩大MOFs@气凝胶的应用范围、探寻经济绿色的合成技术将是未来的研究方向。

比较两种常见的前驱物合成的聚合物及碳基微球材料

聚合物/碳基微球材料以其独特的骨架结构、优异的物理化学性能及广阔的应用前景,成为当下纳米材料研究和开发的热点领域之一。近年来,人们发展了两种常见的前驱物——间苯二酚/甲醛和多巴胺,来相对容易地在实验室合成制备聚合物/碳基微球材料。对这两种前驱物的不同的组成、化学结构、聚合反应机理等进行了系统的比较。此外,围绕合成与应用,对该领域研究存在的机遇与挑战进行了合理的展望。

SiO_(2)高效节能气凝胶隔热材料的制备及性能研究

以N,N-二甲基甲酰胺为干燥剂,通过常压干燥法制备了SiO_(2)气凝胶隔热材料,研究了正硅酸乙酯和水的摩尔比对SiO_(2)气凝胶形貌、物相结构、孔径分布、力学性能和导热性能的影响。结果表明,SiO_(2)气凝胶隔热材料为典型的非晶结构,具有有序的介孔孔道,随着水摩尔比的增大,气凝胶的孔道结构有序度逐渐提高,宏观形貌更加完整且致密,摩尔比n(TEOS)∶n(水)=1∶30制备出的气凝胶的多孔网格结构最为致密。随着水摩尔比的增大,SiO_(2)气凝胶的比表面积、抗压强度先增大后降低,导热系数先降低后增大。当摩尔比n(TEOS)∶n(水)=1∶30时,气凝胶比表面积最大为441 m^(2)/g,对应的孔体积为0.414 cm^(3)/g,孔径分布为3.75 nm,抗压强度最大为29.79 kPa,导热系数最低为0.022 W/(m·K),保温性能最优。以TMCS和正己烷对SiO_(2)气凝胶进行疏水改性,体积比V(TMCS)∶V(正己烷)=1∶10时,SiO_(2)气凝胶表面的接触角达到最大值139.6°,疏水性能最佳,热稳定性也得到改善。

高钙镁油藏悬浮微晶聚合物体系研究

为了解决高钙镁油藏聚丙烯酰胺类聚合物抗盐性能差、无法开展聚合物驱现场应用的问题。悬浮微晶聚合物体系通过自研的增黏剂将水中钙镁离子变成微晶,从而使注入水的高浓度钙镁离子变害为利,大幅度提高了聚合物溶液抗钙镁、增黏的性能。研究表明:悬浮微晶聚合物体系具有良好的增黏性,其黏度是相同浓度聚合物溶液黏度的3.1~4.0倍。悬浮微晶聚合物体系中分散剂最佳浓度为0.2%,成晶剂最佳浓度为0.3%。聚合物优选疏水缔合型聚丙烯酰胺类聚合物。悬浮微晶聚合物体系在高钙镁油藏具有良好的应用潜力。

CA/COSBC复合凝胶微球的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附性能

首先,将以油茶果壳(COS)为原料制备的生物炭(COSBC)分散到海藻酸钠(SA)凝胶溶液中形成了混合液;然后,采用球滴法将其逐滴滴入到CaCl2溶液中,制备了海藻酸钙/生物炭(CA/COSBC)复合凝胶微球。采用SEM和FTIR对CA/COSBC复合凝胶微球进行了表征,考察了其对水体中Pb(Ⅱ)的吸附效果,优化了其对Pb(Ⅱ)的吸附条件,探究了其吸附去除Pb(Ⅱ)的动力学和热力学行为。结果表明,m(SA)∶m(COSBC)=4∶1制备的CA/COSBC复合凝胶微球具有最佳的吸附去除Pb(Ⅱ)的效果,室温下,在pH=5.0、Pb(Ⅱ)初始质量浓度为250 mg/L、投加量0.77 g/L、吸附时间4 h的条件下,Pb(Ⅱ)的平衡吸附量可达236.4 mg/g、去除率高达72.81%。CA/COSBC复合凝胶微球吸附去除Pb(Ⅱ)能够自发进行,且符合Freundlich热力学模型和Largergren准二级动力学模型,以多分子层的化学吸附占主导作用。颗粒内扩散是控制吸附过程的主要因素,表面吸附和边界层扩散也会影响吸附去除过程。

罗布麻杆提取木质素的气凝胶性能

选择氯化胆碱(ChCl)与乳酸(LA)合成低共熔溶剂(DES)来提取罗布麻秸秆中的木质素,并将提取的木质素(DL)与聚乙烯醇(PVA)共混,以四硼酸钠为交联剂,通过冷冻干燥技术制备了气凝胶A-PBDL。试验结果表明:DES提取木质素最佳工艺为:n(ChCl)∶n(LA)=1∶9,120℃提取9 h;红外图谱分析得知木质素中含有对羟基苯丙烷、创愈木基和紫丁香基三种结构,平均粒径为3.601μm。研究了气凝胶制备中木质素添加量、PVA浓度和四硼酸钠浓度对气凝胶孔隙率和强力的影响,发现掺杂少量木质素可显著提高气凝胶的力学性能及孔隙率,并增强其热稳定性。

温度敏感智能导电水凝胶的制备及性能研究

为适应学科前沿领域的发展需求,更好地培养学生的探究精神和创新能力,需要设计多学科融合的创新实验来提高学生的整体科研素质。本实验通过N-异丙基丙烯酰胺(NIPAm)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸钠(AMPSNa)的自由基聚合反应,制备得到具有温度响应特性的导电水凝胶。该水凝胶在一定温度区间表现出明显的体积相转变,其电性能随着温度变化而发生规律性变化。本实验涉及高分子化学反应的基本操作,还包含了温敏体积相转变测试、扣式电池器件的组装和电性能测试等环节,同时还融入了聚合物微观链结构和电性能变化之间关系的探究。本实验通过简便的水相自由基聚合反应,加深学生对自由基聚合反应的认识,锻炼学生对智能聚合物的制备、测试及结果分析的综合实践能力,培养创新意识,适合化学和材料类专业学生的综合实验教学。

KH560对电解锰渣场原位修复防渗固结体性能的影响

固废填埋场渗漏原位修复过程中常见胶凝材料遇水膨胀,影响强度情况,为了解决该问题,采用两步水溶液聚合法将具有两性基团的KH560加入聚丙烯酸钠与电解锰渣中,制备电解锰渣基复合胶凝材料,通过抗压试验、渗水试验及腐蚀试验分析了固结体的抗压抗渗及耐腐蚀性能,利用红外光谱(FTIR)对固结体的分子结构进行了表征,通过SEM-EDS分析了固结体的表面形貌及元素含量变化,揭示了KH560对电解锰渣胶凝材料的力学增强机制和防渗作用机理。结果表明:①适量添加KH560可显著提升复合胶凝材料的抗压、抗渗及耐腐蚀性能,在KH560添加量为3%时,固结体的无侧限抗压强度是未添加KH560的固结体的2.25倍,渗透系数比未添加KH560的固结体降低了61.3%,抗蚀系数达0.85。②KH560分子结构中的硅氧基团Si—OCH_(3)与电解锰渣中的自由水发生了水解缩合反应,形成了Si—O—Si连接结构,减少了水隙通道,使固结体表面平整光滑,抗渗效果和耐腐蚀性能得到显著提升。

敏感性水凝胶在生物医学领域的应用

综述了近几年来敏感性水凝胶在药物控释、组织工程、伤口敷料领域的研究进展,指出当前研究主要集中在水凝胶的性能测试,对水凝胶的溶胀机制、结构/性能内在关系的探究匮乏,这将是今后的研究重点,多重敏感性水凝胶、水凝胶基复合材料、可智能调控水凝胶的研究开发也是值得重点关注的方向。

气凝胶复合材料的制备及保温隔热应用进展

气凝胶复合材料由于具有密度低、比表面积大、孔隙率高和导热系数低等结构功能特性,成为最主要的新型保温隔热材料之一。本文简述了气凝胶复合材料的发展历程、制备工艺及方法,从气凝胶复合材料的微观形貌结构、热量传递组成、隔热传热表征等方面对其保温隔热性能及机理进行分析,重点介绍了近年来气凝胶复合材料的保温隔热性能应用在军事航空航天、建筑节能环保、能源存储转化、极端环境材料、电动汽车电池、冷藏(冻)运输以及供热锅炉管道等诸多领域中取得的新进展。同时,对其在各个领域应用中遇到的问题进行了详细讨论并给出建议。此外,文末对气凝胶复合材料在未来的研发、生产及应用中的研究方向进行了展望。

小麦淀粉生物基水凝胶合成及其辅助NO_(2)^(-)-N的去除

针对小麦淀粉(CS)凝胶力学性能较差的缺陷,利用小麦淀粉与聚乙烯醇(PVA)、硼砂(B)、海藻酸钠(SA)等天然/无机材料通过物理/化学交联合成了PVA/B/CS和SA/B/CS 2种生物基水凝胶,考察其力学性能和溶胀性能;并制备生物基水凝胶包埋反硝化菌剂,考察其对水体中亚硝酸盐氮(NO_(2)^(-)-N)的去除性能。结果表明:合成的2种生物基水凝胶均具有良好的力学性能,PVA/B/CS水凝胶的拉伸断裂伸长率最高可达1088%,SA/B/CS水凝胶的拉伸断裂伸长率最高可达562%;PVA/B/CS2.7水凝胶包埋反硝化菌剂(D-PVA/B/CS2.7)去除水中NO_(2)^(-)-N 30 h后,去除效率为94.81%;SA/B/CS2.7水凝胶包埋反硝化菌剂(D-SA/B/CS2.7)去除水中NO_(2)^(-)-N 40 h后,去除效率为94.99%,说明所合成的生物基水凝胶具有辅助去除水体中氨氮的效果。

负载胰岛素的透明质酸温敏水凝胶的制备及体外释放评价

目的:制备负载胰岛素的透明质酸温敏水凝胶并对其进行初步评价。方法:通过酰肼交联反应得到己二酰肼/透明质酸,再利用自由基聚合法合成透明质酸温敏水凝胶;采用核磁共振氢谱对其进行结构确认,扫描电子显微镜观察其微观形态结构;采用紫外分光光度法测定最低临界温度;以牛胰岛素作为模型药物,透明质酸温敏水凝胶作为递送载体,对其药物体外释放行为进行考察。结果:成功合成并制备了胰岛素装载的透明质酸温敏水凝胶。该水凝胶呈现三维网络类蜂窝结构,最低临界温度在30℃左右。体外释放结果显示,载药水凝胶在72 h内药物累积释放不到50%,而对照组在24 h内药物累积释放率几乎达到100%。结论:本研究所制备的透明质酸温敏水凝胶对胰岛素有一定的缓释作用,可作为大分子药物的递送载体。

纤维素对活性炭孔结构的影响

为了探讨纤维素对活性炭孔结构的影响,采用废茶、荞麦壳和开心果壳3种生物废弃物作为制备活性炭的原材料,利用活化剂KOH,ZnCl_(2),通过改变浸渍比控制活性炭的比表面积和孔结构。结果表明:利用KOH活化的活性炭最佳浸渍比均为2.0;当KOH为活化剂、浸渍比为2.0时,荞麦壳活性炭的BET比表面积和微孔孔容最大,分别达到904.8 m^(2)·g^(-1)和0.37 cm^(3)·g^(-1),开心果壳活性炭的BET比表面积和微孔孔容分别为746.7 m^(2)·g^(-1)和0.31 cm^(3)·g^(-1),废茶活性炭的BET比表面积和微孔孔容分别为747.8 m^(2)·g^(-1)和0.28 cm^(3)·g^(-1)。纤维素去除实验的结果表明:纤维素是影响活性炭微孔结构的主要因素。

PVA/EG导电水凝胶及其应变传感性能

作为柔性传感器的优良材料,导电水凝胶在人体可穿戴设备领域具有广泛的应用前景。将水凝胶基底聚乙烯醇(PVA)与乙二醇(EG)混合,制备了几种不同PVA质量比的PVA/EG导电水凝胶。针对10%、20%、30%PVA/EG水凝胶进行了结构和形态的表征,其中20%PVA/EG水凝胶的相对背景强度和晶体含量较高,且表面孔隙最多。通过万能材料试验机对20%PVA/EG导电水凝胶试样进行拉伸和压缩,测试了灵敏度、线性度、响应时间、稳定性和温度可靠性等传感性能。结果表明,导电水凝胶灵敏度系数最高达到0.74,线性相关系数达到0.987,响应时间低至80 ms,50次15%循环拉伸时的相对电阻变化基本恒定,且试样在-20℃低温下仍可正常工作。最后,将导电水凝胶试样粘贴在手指、脊椎和足部等人体不同部位,进行了运动试验,验证了该导电水凝胶在各类人体运动监测中的可行性。

莫匹罗星水凝胶缓释贴抗菌粘附性能测试与应用研究

以氧化锌和莫匹罗星为原料,采用铸造和溶剂蒸发相结合的工艺,设计并制备了氧化锌/莫匹罗星(ZnO/SA)双层水凝胶缓释贴薄膜。对双层水凝胶缓释贴薄膜的溶胀性、抗菌性能和体内伤口愈合能力进行了评价。结果表明,制备ZnO/SA双层水凝胶缓释贴薄膜具有较高的透明度、适当的吸湿性、良好的溶胀性和良好的力学强度。随着莫匹罗星含量的增加,ZnO/SA缓释贴膜的抑菌率呈逐渐增加的趋势,当莫匹罗星含量为0.04%时,ZnO/SA膜的抑菌率最高可达68.4%,且ZnO/SA双层水凝胶缓释贴薄膜具有较强的体内伤口愈合能力。

单宁酸-纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酸双网络水凝胶的制备及性能

通过将单宁酸(TA)和纤维素纳米纤维(CNF)嵌入硼砂-聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯酸(PAA)水凝胶网络,利用一锅法制备了TA/CNF-g-PVA/PAA纳米复合双网络水凝胶。采用红外光谱、扫描电镜、热重分析、溶胀、黏附及生物实验对其进行结构表征和性能测试。结果表明,当TA和CNF的质量比为1:2时,PATCP水凝胶在猪皮上的黏附强度最高达5.64 kPa;PATCP水凝胶还表现出显著的抗溶胀性能,其平衡溶胀率仅为PVA/PAA水凝胶的3/5;PATCP水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈最大宽度分别为17 mm和13 mm;该水凝胶具有一定的自愈合性能,水凝胶溶血率均在2%以下,且水凝胶提取液中细胞存活率均在89%以上,表现出优异的生物相容性。

微凝胶的概述、制备及应用

微凝胶是一种由高分子物质构成的凝胶,其尺寸通常在纳米到微米级别。微凝胶具有三维网络结构,能够在溶液中形成可逆的凝胶态,并具有高比表面积和多孔性质。微凝胶的特殊性质和可调性使其在化妆品与洗涤工业领域、药物传递、组织工程、传感器、分离技术等领域具有广泛的应用潜力。随着科学研究的不断深入和技术的不断进步,微凝胶的应用将会进一步发展。

碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料的减缩增强作用

针对碱矿渣胶凝材料易收缩开裂等问题,采用一种新型微米级纤维——碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料进行减缩增强,研究了碳酸钙晶须掺量对碱矿渣胶凝材料流变性能、抗压强度和干燥收缩的影响,并探究其显微增强机理.结果表明:微米级碳酸钙晶须的掺入对碱矿渣胶凝材料流动性影响较小,当碳酸钙晶须掺量为3%时,其新拌浆体塑性黏度为12.33 Pa·s,较未掺碳酸钙晶须的对照组仅增长14.48%,其硬化浆体28 d抗压强度可达105.8 MPa;碱矿渣胶凝材料的干燥收缩率随着碳酸钙晶须掺量的增加而降低,当碳酸钙晶须掺量为5%时,其28 d干燥收缩率仅有0.87%,较未掺碳酸钙晶须的对照组降低32.56%;碳酸钙晶须与基体紧密结合,在基体受力破坏时分散其所受应力,提升了碱矿渣胶凝材料的力学性能;碳酸钙晶须在体系内部的桥接作用能够有效延缓碱矿渣胶凝材料微裂纹的形成与扩展,在一定程度上遏制了宏观裂纹的发展.

纤维素复合气凝胶的制备及保温隔热性能研究

利用化学交联和冷冻干燥技术制备了绿色环保的羧甲基纤维素钠(CMC)/明胶(GL)-戊二醛(GA)复合气凝胶(CL-A);研究不同比例的羧甲基纤维素钠(CMC)、明胶(GL)和不同含量的戊二醛(GA)对气凝胶微观结构、热稳定性、力学强度以及保温隔热等性能的影响。实验结果表明,羧甲基纤维素钠(CMC)与明胶(GL)比例为1:2且戊二醛(GA)添加量为15%时的复合气凝胶(C1L2-A15)的压缩强度高达3.03 MPa,较纯羧甲基纤维素钠(CMC)气凝胶增长了7倍左右;热导率低至0.022 W/(m·k),保温效果较好;多孔的三维网络更加致密,改善了复合气凝胶的形貌结构;复合气凝胶的残炭量高达37%,一定程度上提高了热稳定性。

L-半胱氨酸改性甲基纤维素自愈合水凝胶的制备及其性能研究

以甲基纤维素(MC)为水凝胶主体,通过Steglich酯化反应将L-半胱氨酸(Cys)接枝在MC上,从而引入巯基形成动态的二硫键,合成增强型自愈合水凝胶MC-Cys。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、核磁共振氢谱仪、流变仪、热重分析仪等对水凝胶的结构和性能进行表征。结果表明,MC-Cys水凝胶的最大拉伸强度能达到1.251MPa,比纯MC水凝胶拉伸强度(0.626MPa)提高了1倍,动态的二硫键赋予了MC-Cys水凝胶自愈合性,在生物医学、组织工程等领域应用前景广阔。