水相单层氨基改性二氧化硅的制备及Pb^(2+)吸附效果

采用硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧硅烷(APTES)和(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AEAPTMS),通过水相工艺分别制备出单层氨基改性二氧化硅(SiO_(2)-APTES和SiO_(2)-AEAPTMS,用作吸附剂),采用透射电子显微镜、红外光谱分析仪、热重-差热分析仪、元素分析仪等仪器对其进行了表征,考察了Pb^(2+)吸附效果的影响因素,确定了最佳吸附条件。结果表明:当偶联剂添加量(质量分数)小于15%时,可实现二氧化硅的单层氨基改性;在初始Pb^(2+)质量浓度为200 mg/L,pH值为6,吸附时间为60 min的优化条件下,SiO_(2)-APTES和SiO_(2)-AEAPTMS对Pb^(2+)的最大吸附量分别达到18.48,34.75 mg/g;吸附过程均符合拟二级动力学模型和Langmuir吸附模型,均为单分子层的化学吸附过程;吸附剂重复使用5次后,Pb^(2+)吸附量仍超过最大吸附量的90%,具有良好的循环使用性能。

添加二氧化硅的煤石墨化高温高压模拟实验

为研究自然条件下二氧化硅矿物对煤石墨化作用的影响,将二氧化硅添加剂与分选后的煤中镜质组(来自中国西南部贵州省格目底矿区)充分混合后,开展实验条件为600~1 200℃、1.5~2.0 GPa的高温高压模拟实验,对煤系石墨形成环境进行反演。通过X射线衍射、拉曼光谱和高分辨率透射电镜对石墨化产物进行分析,研究二氧化硅对煤的石墨化过程的影响。研究发现,二氧化硅在高温高压环境下存在阻碍石墨化作用的效果,抑制煤石墨化程度的增长。这一结果可为自然条件下构造强烈地区煤石墨化程度较低的现象提供一种解释。

二氧化硅增强复合电解质的电致变色纤维

具有光反射调节的电致变色纤维在智能服装、自适应伪装等领域具有广阔的应用前景,但现有的电致变色纤维在实际应用中仍面临电化学稳定性差、切换速度慢等问题。使用SiO_(2)纳米颗粒对电致变色电解质进行改性,对基于改性电解质制备的电致变色纤维的光学性能、电化学性能进行讨论,同时分析SiO_(2)纳米颗粒对变色材料稳定性的影响。结果显示:SiO_(2)改性电致变色纤维的着色效率达53.1 cm^(2)/C,展现出较快的切换速度(22.9/12.6 s);300个电化学循环后,仍具有良好的变色稳定性(光学反射对比度保持初始值的58.3%)。未掺杂SiO_(2)改性的电致变色纤维的着色效率(20.2 cm^(2)/C)较低、切换速度(34.7/38.4 s)较慢。此外,电致变色纤维器件具有优异的机械柔性,在可穿戴显示等领域展现出潜在的应用价值。

基于分子动力学的钠离子与纳米二氧化硅表面的相互作用过程模拟

认识盐水中的Na^(+)对纳米SiO_(2)的作用过程,可为优化纳米SiO_(2)在石油开采领域的应用参数提供依据。以无定形纳米SiO_(2)粒子为研究对象,构建了一种既有饱和稳定的硅醇基团,又有脱质子化的硅醇基团的纳米SiO_(2)粒子模型。通过分子模拟方法,刻画了Na^(+)在纳米SiO_(2)表面的运移特征、扩散行为、对氢键的影响以及体系中的相互作用能。结果表明,在纳米SiO_(2)-NaCl溶液体系中,当Na^(+)运移至距纳米SiO_(2)粒子表面6.540A时,短程力开始起作用;当Na^(+)运移至距纳米SiO_(2)粒子表面2~3A时,二者发生电荷交换,Na^(+)产生振荡运动。在NaCl质量浓度为3 g/L时,Na^(+)与水分子主要进行水合作用,形成稳定的溶剂化层,Na^(+)与纳米SiO_(2)粒子之间的作用力弱,Na^(+)更易在溶液中扩散。随着NaCl质量浓度增至7 g/L,Na^(+)突破溶剂化层,和水分子一起被吸附到纳米SiO_(2)粒子的表面,发生电荷置换,Na^(+)的运移能力减弱,扩散系数由1.39×10^(-4)A^(2)/ps下降至3.75×10^(-5)A^(2)/ps,斯特恩层的厚度由0.88A下降至0.72A,亥姆霍兹层的厚度由0.64A下降至0.20A,纳米SiO_(2)与Na^(+)之间的相互作用能由-14 000 kcal/mol变为-22 000 kcal/mol,纳米SiO_(2)的稳定性逐渐被破坏。Na^(+)与纳米SiO_(2)粒子的静电相互作用是影响纳米SiO_(2)粒子表面性质的主要作用力,氢键和范德华力则是次要作用力。研究结果可为纳米SiO_(2)材料在油气开采领域及其他相关行业的应用提供基础理论认识。

纳米二氧化硅对超硫酸盐水泥中石膏最佳掺量的影响

超硫酸盐水泥(SSC)中石膏存在最佳掺量,纳米二氧化硅(NS)虽然可以提高超硫酸盐水泥强度,但是对石膏与铝相水化反应具有抑制作用,导致石膏最佳掺量发生改变。因此,探究NS改性条件下的石膏最佳掺量,有望进一步提高SSC性能。本文通过改变掺入与未掺入3%(质量分数)NS的SSC中石膏掺量(5.0%~15.0%,质量分数),研究其对SSC力学性能及微观性能的影响。结果表明,未掺加NS时,SSC整体强度发展缓慢,反应1 d时,强度随石膏掺量的增加呈下降趋势,石膏最佳掺量为7.5%。掺入NS后,SSC强度显著提升,3~28 d强度增幅达100%~200%,石膏最佳掺量呈增加趋势,当石膏掺量为15.0%(本文设计最大掺量)时,强度最大。NS延缓石膏消耗,抑制钙矾石生成,但不影响最终石膏消耗量;加入NS后,SSC化学结合水含量、石膏消耗量呈增加趋势,表明体系对石膏的需求量增加。本文通过探究NS改性SSC中的石膏最佳掺量变化,为进一步降低矿粉用量、提高SSC绿色低碳性提供新思路。

二氧化硅填料对环氧Vitrimer动态性能的影响

将SiO_(2)颗粒引入动态环氧类玻璃高分子(Vitrimer)网络中,制备了具有可控动态性能的环氧Vitrimer。结果表明:填料含量的增加对环氧Vitrimer的基础性能负面影响小,但环氧Vitrimer的特征弛豫时间(τ)、活化能(Ea)、Arrhenius指前因子(τ0)和拓扑冻结转变温度(Tv)等典型动力学参数都可以很容易地通过填料的含量来调整。SiO_(2)的引入使环氧Vitrimer性能可控,能够按需实现材料的再加工成型。

同轴电缆用超疏水二氧化硅@石英纤维复合材料的性能研究

具有低介电常数的SiO_(2)复合材料在低介电和隔热保温材料领域有着广阔的应用前景,但SiO_(2)复合材料在实际应用中存在吸水性强、保存条件苛刻等问题。使用疏水改性剂(六甲基二硅氮烷(HMDS)、硬脂酸、十二烷基硫酸钠)对SiO_(2)@石英纤维复合材料进行改性,研究疏水改性剂类型及质量分数对复合材料疏水性能和介电性能的影响。结果表明,3%的HMDS改性复合材料的疏水改性效果最好(接触角为151.6°),保存240d后接触角最低为132.6°,200℃煅烧后复合材料的介电常数低至1.87。将疏水改性SiO_(2)@石英纤维复合材料制成同轴通信电缆,所得电缆的电压驻波比为1.48,衰减值为1.56dB,特性阻抗为48Ω。疏水改性复合材料具有优异的电缆性能,在通信电缆等领域展示出潜在的应用价值。

淀粉改性二氧化硅纳米粒子在水性涂料中的性能研究

本工作坚持绿色环保的理念,利用淀粉对二氧化硅纳米粒子进行改性,更好地提高了SiO_(2)纳米粒子在水性涂料中的相容性和分散稳定性,同时将其作为纳米填料应用于水性涂料中并对其性能进行测试。在综合考虑节约资源和环境友好后,确定最佳的反应条件为:温度为35℃,淀粉用量为5 g。在最佳反应条件的基础上制备了淀粉改性SiO_(2)纳米粒子,并利用紫外可见漫反射光谱和红外光谱对氢键的形成进行了表征分析。此外,将上述经过预处理的改性纳米粒子应用到水性防腐涂料的制备中并对其性能进行测试,结果表明,当SiO_(2)纳米粒子质量含量为4.5%时,涂层力学性能最佳,环氧/淀粉改性SiO_(2)涂层的电化学交流阻抗测试表明当淀粉改性SiO_(2)纳米粒子质量含量为4.5%时涂层防腐蚀效果较好,涂层在质量分数3.5%NaCl溶液中浸泡7 d时阻抗值仍在2.23×10^(6)Ω·cm^(2)。

有序介孔二氧化硅负载Zn和Zr多功能催化剂催化乙醇转化制丁二烯性能研究

乙醇直接转化制丁二烯是一种减少对化石资源的依赖和缓解环境问题的有效策略。开发新型催化剂可提高丁二烯产量,通过调节介孔SiO_(2)材料的孔结构,使得主客体分子之间快速传递乙醇和重要中间体,通过调节催化剂的酸碱性质和各活性中心的协同作用可提高催化剂的催化性能。采用湿浸渍法制备了一系列具有不同孔结构的介孔SiO_(2)负载Zn和Zr催化剂(ZnZr/SiO_(2)、ZnZr/MCF、ZnZr/SBA-5和ZnZr/KIT-6),对其催化乙醇直接转化制丁二烯的性能进行了评价,并通过多种表征技术揭示了催化剂各个活性中心的协同作用以及酸碱性质对催化剂催化性能的影响。结果表明,载体的孔结构可有效调控催化剂的酸碱性质,介孔结构多孔泡沫(MCF)可促进Zn物种与硅羟基相互作用形成强Lewis酸位点。ZnZr/KIT-6催化剂具有适中的酸性质,因Zr物种与KIT-6上的硅烷醇相互作用可形成强度适中的Lewis酸位点,同时KIT-6可抑制Zn物种与硅羟基相互作用形成强酸位点。在ZnZr/KIT-6催化剂中,Zn物种主要以ZnO的形式存在,有利于乙醇脱氢生成乙醛。相比ZnZr/SBA-15催化剂,ZnZr/KIT-6催化剂的弱碱量增加,强碱量减少,碱强度减弱。适中的酸性质和较弱的碱性质有利于乙醇直接转化制丁二烯中的羟醛缩合反应,因此,在有序介孔SiO_(2)负载Zn和Zr催化剂催化乙醇直接转化制丁二烯的反应中,ZnZr/KIT-6催化剂在温度为350℃和反应空速为1.23 h^(-1)的条件下具有最大的乙醇转化率和丁二烯选择性,分别为91.2%和53.5%,且丁二烯时空产率高达0.35 g/(g·h)。

钢渣高效碳化及无定形二氧化硅制备

针对钢渣利用率低、处理方法效果差等问题,提出了一种以Na_(2)CO_(3)溶液为介质的钢渣高效碳化方式.研究了最佳反应参数,并对碳化产物及制备的二氧化硅进行了表征.结果表明:通过调控Na_(2)CO_(3)溶液浓度、反应温度、液固比、反应时间等参数,钢渣可以达到最大碳化程度78.60%;钢渣中硅酸盐相中的钙可以充分碳化,但存在于RO相-硅酸盐相固溶体中的钙碳化受限;可实现55.46%的二氧化硅提取率,提取制备得到的无定形二氧化硅纯度高达98.79%.研究结果为钢渣的固碳高值化利用提供了方向.

氧化锌/二氧化硅复合膜的结构色研究

采用静电自组装技术,以氧化锌(ZnO)和二氧化硅(SiO_(2))溶胶颗粒为前驱体,通过控制双组分膜层的不同厚度,制备出结构色鲜艳的ZnO/SiO_(2)复合膜,并利用分光测色仪、多角度分光光度仪及扫描电子显微镜等研究复合膜的颜色、微观结构和形态特征。研究结果发现,ZnO/SiO_(2)复合膜的亮度和色度均较单一组分薄膜的高,复合薄膜的颜色仍随厚度和观察角度的变化而变化。通过对薄膜的微观结构分析,结合其厚度随周期数的变化规律,发现复合薄膜的厚度随着自组装循环次数的增加而增加,薄膜中的纳米粒子并没有形成明显的高低折射率交替分布的双层结构,可能形成的是高折射率层(H层)、有效折射率层(eff层)和低折射率层(L层)的多层微观结构。这种特殊的多层结构与光作用发生干涉,形成了鲜亮度和饱和度更高的结构色。

不同维度二氧化硅/天然橡胶复合材料制备及性能研究

使用双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPT)改性三种维度二氧化硅(SiO_(2))填充天然橡胶制备复合材料,借助FI-TR、DMA、阿克隆磨耗机等对其进行表征。结果表明,SiO_(2)未改性时,零维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的抗湿滑性能和最低的滚动阻力;一维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的交联密度;二维SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最高的填料-橡胶相互作用和耐磨性。经过TESPT改性后,一维改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料展示了最高的交联密度、拉伸强度、抗湿滑阻力和耐磨性,二维改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料具有最低的滚动阻力。相对于未改性SiO_(2),三种维度改性SiO_(2)/天然橡胶复合材料硫化时间减小,焦烧行为改善,交联密度增大,填料在基体中分散性变好,填料-橡胶相互作用提高。

不同粒径纳米二氧化硅对三元乙丙橡胶性能影响的分子动力学模拟

运用Materials Studio 9.0软件构建三元乙丙橡胶(EPDM)模型和纳米二氧化硅(SiO_(2))粒径分别为1.2,1.5,1.8和2.0 nm的纳米SiO_(2)/EPDM复合材料模型,分析纳米SiO_(2)对纳米SiO_(2)/EPDM复合材料在高压低温(100 MPa/230 K)条件下的微观结构及力学性能的影响。结果表明:与EPDM相比,填充不同粒径纳米SiO_(2)的复合材料的玻璃化温度(Tg)都有不同程度升高,其中纳米SiO_(2)粒径为1.2 nm的复合材料的Tg比EPDM高5 K;复合材料的微观结构发生改变,均方位移和自由体积分数都有所减小,减幅随纳米SiO_(2)粒径的减小而增大,内聚能密度均有所增大,增幅随纳米SiO_(2)粒径的减小而增大,但纳米SiO_(2)粒径对复合材料的全原子径向分布函数影响不大;复合材料的力学性能提高,提高幅度随纳米SiO_(2)粒径的增大而减小,纳米SiO_(2)粒径为1.2 nm时,复合材料的体积模量增大5.98%,剪切模量增大198.00%,弹性模量增大34.65%。

适用于特稠油的耐高温高盐纳米二氧化硅降黏驱油剂

乳化降黏是稠油提高采收率的关键技术之一。普通降黏剂无法同时满足特稠油热采时的高温与高矿化度要求,导致降黏剂失活、降黏效果差、采收率低。以纳米硅溶胶、两亲型分散剂、修饰剂硅烷偶联剂、增效剂两亲型表面活性剂等为原料,制得纳米降黏驱油剂,表征了驱油剂的微观结构,评价了驱油剂对特稠油的降黏效果、耐温耐盐性能、吸附性能和驱油效果。结果表明,驱油剂配方组成为:50%SiO_(2)+40%分散剂+4.2%表面修饰剂+5.8%增效剂。驱油剂粒径约50 nm,粒径分布均匀,分散性良好。1%驱油剂未老化前,对特稠油的降黏率达84.99%,在矿化度为15 g/L、350℃下老化2 h后的降黏率为83.62%,降黏性能保持率为98.39%。驱油剂可使砂岩表面由疏水性转变为亲水性。在50℃、液固比为10∶1、平衡吸附时间为15 h的条件下,驱油剂在油砂表面的静态吸附量为1.377 mg/g砂;1%驱油剂在填砂管的动态吸附量为0.745 mg/g砂,在油藏中的吸附损失较低,符合化学驱对表面活性剂的吸附损失要求。在一维驱替实验中,驱油剂的驱油效率比普通蒸汽驱提高了26.7百分点,在350℃、老化2 h后的驱油性能保持率为97.0%。纳米降黏驱油剂具有良好的降黏效果、耐温耐盐性能、吸附性能和驱油效果,可降低驱油成本,有效提高特稠油的热采开发效果。

二氧化硅包覆核壳结构催化剂的制备与应用研究进展

核壳材料作为一种复合型高效催化材料,由核心和壳层两部分有序组装而成,表现出优异的协同效应和新特性,在多相催化领域具有广阔的应用前景。其中,SiO_(2)因无毒、化学惰性、光学透明、易于被修饰改性、价格低等优势而成为制备核壳结构催化剂的一种理想的壳层材料。介绍了溶胶-凝胶法、模板剂法、自组装法、表面沉积法等SiO_(2)包覆的核壳结构催化剂的制备方法,并从择形催化、减少活性组分流失、防止纳米颗粒聚集和烧结三方面总结了SiO_(2)包覆的核壳结构催化剂在多相催化中的应用,并探讨了SiO_(2)包覆的核壳结构催化剂的未来发展趋势。

纳米二氧化硅改性不锈钢网用于油水分离

以正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了硅溶胶,将硅溶胶与预沉积聚多巴胺(PDA)的不锈钢网(SSM)反应,采用分步沉积和原位生长法制备了超亲水-水下超疏油不锈钢网(SSM-PDA-SiO_(2))。采用FTIR、XRD、TG、SEM和接触角测量仪对其进行了测试。探究了硅溶胶反应时间对SSM-PDA-SiO_(2)亲水-疏油性能的影响,通过自重力驱动测试了其油水分离性能,考察了其循环分离性和力学稳定性。结果表明,PDA作为“桥梁”将纳米SiO_(2)沉积到SSM表面上,硅溶胶与SSM反应8 h制备的SSM-PDA-SiO_(2)-8具有最佳的亲水-疏油性能,水滴能在其表面60 ms内完全铺展,其对二氯甲烷等5种有机溶剂的水下油接触角在156.4°~160.9°之间,对二氯甲烷的滚动角为4.0°,表现出超亲水-水下超疏油特性。首次分离正庚烷/水的油水混合物水通量为40165 L/(m^(2)·h),分离效率99.3%,在50次分离循环时水通量为17728 L/(m^(2)·h),分离效率仍>98%。经过35次砂纸摩擦循环后,SSM-PDA-SiO_(2)-8保持了98%以上的分离效率。PDA的羟基、氨基等亲水基团提高了SSM-PDA-SiO_(2)的超亲水-水下超疏油特性,纳米SiO_(2)增加了其表面粗糙度。

二氧化硅空心微球的制备及应用研究进展

综述了二氧化硅(SiO_(2))空心微球的制备方法,包括模板法、斯托伯法(stober)制备法、微乳法、高温溶解法、喷雾反应法、超声波法等,对比了不同制备方法的优缺点。介绍了SiO_(2)空心微球在磁性材料、催化、生物医学、光电材料等多个领域的应用及发展前景。

二氧化硅纳米颗粒尺寸和颜色调控研究

二氧化硅具有粒径小、抗老化、强度高和耐腐蚀等化学性能,且在建筑、化工、纺织等领域都有着重要的作用。为了进一步对二氧化硅纳米颗粒尺寸和颜色进行调控研究,本实验通过调节正硅酸乙酯与氨水的配比合成不同粒径大小的SiO_(2)颗粒,从而制得不同颜色的光子晶体,分别从不同粒径和不同角度对SiO_(2)颗粒的颜色变化进行研究,得到结果能较好地符合修正后的布拉格公式。

改性氧化石墨烯/二氧化硅/环氧树脂复合涂料的制备及性能研究

采用超声搅拌法制备A-GO/SiO_(2)/EP复合涂料,分别对A-GO与SiO_(2)的适宜比例(m(A-GO)∶m(SiO_(2)))进行研究并进行力学性能测试,通过电化学相关试验评价A-GO/SiO_(2)对涂层防腐性能的影响.

介孔SiO_(2)载体在甲烷二氧化碳重整中的应用进展

甲烷二氧化碳重整(DRM)反应可以同时将2种主要温室气体转化为H2/CO物质的量比接近1的合成气。Ni由于低成本、高性能和丰富的资源储备成为DRM反应最常用的催化剂,但因积炭导致的失活问题限制了其应用。载体材料的性质对Ni基催化剂在DRM中的综合性能具有重要的影响。介孔SiO_(2)纳米材料具有有序可控的孔径结构、较高的比表面积和稳定的理化性质,在催化领域具有广阔的应用前景。综述了MCM-41、SBA-15等介孔SiO_(2)材料在DRM反应中的应用,诸多研究人员利用各种方法在以介孔SiO_(2)为载体的基础上,对催化剂进行控温制备或第二金属掺杂等改进,使其具有更好的催化活性。对于介孔SiO_(2)孔道结构的改进和大规模生产方法的开发仍是未来重要的研究方向。