改善剩余污泥厌氧消化产甲烷性能的新策略:导电材料介导微生物种间直接电子传递

综述了近年来关于碳基和铁基导电材料促进DIET产甲烷的研究进展,归纳了直接种间电子传递的机制,总结了碳基和铁基导电材料的结构特征、电子传递机理和强化剩余污泥厌氧产甲烷效果。指出了当前研究存在的不足,并对未来的研究方向做出了展望。

透明导电材料研究进展

近年来,透明导电材料(Transparent conductive materials, TCM)作为触摸屏、液晶显示器(LCD)、智能窗、太阳电池(Solar cells)、发光二极管(LED)等先进光电子器件中的关键组件,其作用尤其重要。氧化铟锡(ITO)薄膜具有优异的光学和电学性能,是光电器件中应用广泛的透明导电材料。然而,铟元素的稀缺性、易碎性以及沉积过程中对底层薄膜的潜在损坏限制了其在未来新型光电子器件中的应用。开发适应高性能光电器件应用的TCM成为当前研究的重点。本文综述了透明导电氧化物、超薄金属和金属网格、介质层/金属/介质层(Dielectric/metal/dielectric, DMD)、碳纳米管和石墨烯等类型的TCM光电性能、应用领域、近年来相应的研究策略和重要成果、面临的挑战以及未来发展方向。

无机纳米导电材料在柔性印刷电子中的应用

印刷电子技术起源于可溶液化的有机电子材料,而无机纳米导电材料的兴起推动了印刷电子的快速发展。无机纳米导电材料包括金属、碳材料等导体,以及硅、锗、金属氧化物等半导体。本文概述了无机纳米导电材料在印刷电子领域的发展历程,综述了无机纳米导体材料的性质和油墨化技术,包括可印刷纳米金属材料、碳材料、液态金属以及MXene,并介绍其在柔性与印刷电子领域中的应用。最后指出了可印刷无机纳米导电材料存在的问题及其在柔性与印刷电子领域的发展趋势。

导电材料强化厌氧生物处理过程的研究进展

近年来,导电材料在废水处理领域引起了广泛的关注,导电材料具有良好的电导性和化学稳定性,可以提供电子传输的通道,有助于微生物的电子传递和代谢活性的提高。因此,将导电材料引入到生物处理过程中,有望强化废水处理效果,提高处理速度和降解效率。基于此,从铁系材料、碳基材料、复合材料三方面对导电材料强化厌氧生物处理进行探讨。

导电材料强化厌氧处理技术研究进展

厌氧处理技术是处理有机废物、生产清洁能源的有效技术,而传统厌氧技术存在挥发性脂肪酸(VFA)积累、甲烷产率低、微生物生长速度慢、反应器运行不稳定等问题,使得能源消耗和处理成本不断增加。近年来,碳基导电材料和铁基导电材料因具有比表面积大、导电性能良好、经济环保等优点,被广泛应用于废水厌氧处理领域。导电材料可促进共营养细菌和产甲烷古菌之间的直接种间电子转移(DIET),从而促进污染物高效降解并提升产甲烷效能。在讨论导电材料性质的基础上,从提高COD去除率、促进VFA消耗、促进产甲烷以及改善微生物群落角度,论述了导电材料对厌氧处理技术的强化作用,在厌氧处理过程中添加导电材料可以加速和稳定有机废物向甲烷的转化,并对未来的发展前景提出了一些建议,以期为先进导电材料的开发及其工程应用提供参考。

基于导电材料强化抗生素胁迫厌氧消化的研究进展

厌氧消化是处理含抗生素有机废物的常用技术手段,但高浓度抗生素会抑制厌氧微生物菌群活性,从而干扰厌氧消化效能和抗生素自身降解效率。近年来,导电材料强化含抗生素有机废物厌氧消化取得了良好效果,有机废物资源回收效率得到进一步提升。本文从抗生素使用现状和对厌氧消化代谢过程的影响出发,讨论了抗生素在厌氧消化中的迁移转化机制,重点阐述了铁基和碳基导电材料在抗生素胁迫厌氧消化系统中的应用及生化作用机理。研究表明:通过富集功能性微生物、强化微生物种间电子传递以及削减厌氧消化系统中的抗生素和抗生素抗性基因,导电材料可以提升厌氧消化产甲烷效能、降低抗生素污染的环境风险。最后,从构建生物信息网络、开发优化新型材料和处理多元污染物方面对导电材料强化技术的发展方向进行了展望。

复合导电材料电学性能RVE模拟研究

电学性能是影响复合导电材料综合性能的关键,它直接关系到复合材料功能开发与应用。针对石墨烯/聚氨酯复合材料电学性能分析的复杂性,采用代表体积元法,即RVE法,基于Digimat平台,通过建立分析模型,对复合材料的导电性能进行模拟,并与实验进行比对分析。制备了石墨烯/聚氨酯复合导电材料,在分析复合材料细观结构特征的基础上,利用e-Xstream仿真软件的Digimat-FE模块建立了复合材料的代表体积元普通圆盘模型与带界面圆盘模型,模拟了不同填料添加量时复合材料体积电阻率的变化规律,探索了内含物长径比及界面相关参数对复合材料电阻率的影响,并与实验测试结果进行对比。结果表明:复合材料的电阻率随石墨烯质量分数的增加而减小,线度较好,与实验试样测试数据变化趋势和变化速率一致;与只使用普通圆盘作为内含物的模型相比,使用带有界面的圆盘模拟结果与实验值更为接近,说明创建的带界面圆盘RVE模型的有效性,可对石墨烯复合材料的导电性能进行模拟和预测。

导电材料促进餐厨垃圾厌氧消化的研究进展

厌氧消化技术是实现餐厨垃圾减量化、无害化、资源化的有效手段,但餐厨垃圾厌氧消化(KWAD)易酸化的特性,容易导致反应失败。添加导电材料可以缓解KWAD过程中的氢抑制、酸抑制和氨抑制,提高甲烷产量。文章对导电材料促进KWAD产甲烷的效果进行了综述。导电材料可以提高KWAD的甲烷产量,缓解厌氧消化系统的酸抑制、氨抑制,富集功能性微生物,并代替导电菌毛和c型细胞色素进行直接种间电子传递。通过宏基因组学发现导电材料可以增强微生物代谢过程中功能基因的表达,提高产甲烷过程中关键酶的活性。最后,对使用宏基因组学、宏转录组学和宏蛋白组学共同探索KWAD的机理提出了建议,并对未来工程应用中降低处理成本和无害化处理等方面进行了展望。

本征自修复聚合物导电材料的研究进展

本征自修复作为一种仿生技术,可赋予材料自愈合能力以增强其可靠性、耐用性和功能性。赋予导电材料本征自修复能力对于电子器件在实际应用中的安全性和延长寿命等方面具有重要意义。本文基于对近五年中国知网(CNKI)数据库文献的调研分析,从自修复机制出发,综述了本征自修复聚合物导电材料的研究进展,并对该领域的未来发展进行了展望。

一种铅基复合型高分子导电材料金属含量的测定方法

含有铅金属的铅基导电塑胶材料因其具有良好的导电能力,在精密仪器与精密电子元件领域有着广泛的应用。作为导电塑胶材料的重要功能性组分,金属粒子的分散程度与含量决定了导电塑胶材料的导电性能与机械强度。本研究形成一种对含铁与含铅的导电高分子材料进行金属分散均匀度以及金属含量的测定方法,并应用于测定聚乙烯基导电高分子材料相关性能。

热敏导电材料中组分的选择与工艺优化

对国内外炭黑填充型有机热敏导电材料的组分配合与加工工艺的研究进展进行了综述,对国外有影响公司的专作了重点介绍。

掺石墨水泥基导电材料的物理性能研究

本文对掺石墨水泥基导电功能材料进行了基础的开发性研究。得到水泥基材料的体积电阻、抗压强度和表现密度随石墨掺量的变化规律，以及添加聚合物、减水剂、碳纤维或片状石墨对上述物理性能的影响．并建立了水泥基材料的导电模型。上述水泥基材料的体积电阻可在１０￣７～１０￣１Ω·ｃｍ之间变化。应用领域广泛。

微波诱导合成固体快离子导电材料

采用微波法合成了具有快离子传输性质的系列磷锑酸钾化合物Ｋ３Ｓｂ３Ｐ２Ｏ１４、Ｋ２ＳｂＰＯ６、ＫＳｂＰ２Ｏ８、ＫＳｂ２ＰＯ８和Ｋ５Ｓｂ５Ｐ２Ｏ２０以及系列锗锌酸锂固熔体Ｌｉ２＋２ｘＺｎ１－ｘＧｅＯ４（—０．３６＜ｘ＜０．８５）．粉末Ｘ射线衍射和扫描电镜研究表明，微波合成的样品晶形规整，粒度小且均匀，与传统的高温固相反应相比，微波诱导合成具有反应速度快，易于控制和反应选择性高等特点。在一定温度下微波辐射加快了反应物与产物界面间的离子扩散与传输速率。

高分子复合导电材料及其应用发展趋势

本文介绍了高分子复合导电材料的概念及分类，重点讨论了高分子复合导电材料的导电机理、影响导电性能的主要因素及其在抗静电和导电、自控温发热材料、压敏导电胶、电磁波屏蔽等领域的应用，并对当前高分子复合导电材料的发展趋势和最新研究开发进展作了较详细的介绍。

聚吡咯/聚乳酸多孔复合导电材料的制备与表征

以FeCl3为氧化剂和掺杂剂,以SDS(十二烷基磺酸钠)为乳化剂,利用乳液聚合法制备用于周围神经修复的聚吡咯(PPY)/聚乳酸(PDLLA)多孔复合导电材料,用全反射傅里叶红外光谱(ATR-FT-IR)、多功能电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)及霍尔效应测试系统对其进行表征并对其导电性能进行测试。研究结果表明:PDLLA的特征吸收峰和PPY的特征吸收峰在多孔复合材料的ATR-FT-IR图谱中都有体现;多孔复合材料中具有N原子的特征电子能谱峰;PPY/PDLLA多孔复合材料是一个两相体系,PPY粒子分散在连续的绝缘PDLLA相中,并具有多孔结构;当PPY含量高时,微区域变大,并且相互连接,在PDLLA中形成贯穿网络;复合材料的电导率随着PPY含量的增大而增大,能满足周围神经再生要求。

新型有机PTC非线性导电材料及其器件的热电稳定性

提出了一种改善有机ＰＴＣ导电材料电性能重复稳定性的新途径，即在发热体材料中导入一种与碳黑粒子表面有亲和性的极性接枝物作为第三组分，使其在界面形成一种所谓“束缚组成物”或“相互贯入型树脂组成物”，使碳黑粒子在基体中分散稳定。实验表明，该法可以消除ＮＴＣ效应，提高电阻稳定性及ＰＴＣ强度。从基体与导电粒子表面相互作用的观点作了解释。

原位聚合制备聚苯乙烯/石墨薄片纳米复合导电材料

利用超声波粉碎方法将膨胀石墨加工成纳米级厚度的石墨薄片,该石墨薄片厚度为30nm～80nm。通过原位聚合方法使纳米石墨薄片均匀分散于苯乙烯基体中。由于纳米级厚度的石墨薄片具有极大的形状比,它在聚合物基体中形成导电网络具有明显优势。所制备的聚苯乙烯/石墨薄片纳米复合导电材料的渗透滤阀值低于1 0wt%,远低于用普通石墨填充制备的复合材料的6 0wt%。

聚合物基PTC热敏导电材料的性能及机理研究

针对PTC材料体系,提出了'PTC强度可提高空间'与'体系提高PTC强度的能力'两个概念,以低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)作为基体,以导电炭黑作为填充导电粒子,制备了聚合物基复合型PTC材料,详细分析了炭黑含量、EVA含量对PTC材料性能的影响.研究表明,所提出的有关概念可用于分析材料的PTC效应机理及各种因素的影响,有助于进一步对聚合物基PTC热敏导电材料作用机制的理解及研究;炭黑含量影响材料电阻率和PTC强度,炭黑含量取在逾渗区电阻率偏小处可得到较高的PTC强度;EVA含量不同时材料电阻率和PTC强度都有先减小后稍增大的现象.

聚噻吩导电材料的合成

本文综述了化学氧化聚合法和电化学聚合法合成聚喀吩导电高分子材料。

质子酸掺杂聚苯胺导电材料的合成

导电聚苯胺结构和导电性能较稳定,所用掺杂剂的毒性也较小,是目前最有发展前景的导电功能材料。本实验用化学氧化合成方法,较系统地研究了质子酸种类、氧化剂种类、用量以及聚合反应温度等因素对苯胺聚合反应及产物性能的影响,并通过傅立叶红外吸收光谱(FTIR)研究了聚苯胺掺杂前后结构的变化。