基于碳基材料的电催化膜在工业废水处理中的研究进展

电催化膜技术将电催化和膜分离技术相结合,有效解决了电催化技术的高能耗和膜分离过程中的膜污染问题。碳基材料常作为电催化膜反应器中的膜阳极材料,可有效提高废水处理效率。本文阐述了碳基材料在电催化膜反应器中的响应机理,梳理了电催化膜阳极碳材料分类和研究进展,并对其制备改性方法、反应机理及效果性能实验进行了总结。此外,探讨了电催化膜碳基材料存在的问题,展望了其未来的发展趋势。

碳基材料应用的研究进展

碳基材料因结构多样、表面化学性质丰富、可调控性强、比表面积大、孔结构丰富、热稳定性好、机械强度高及吸附容量高等优点被广泛应用于催化及储能领域。分析了石墨烯、碳纳米管、碳纳米线及碳化硅等碳基材料的制备方法、改性方法及应用领域,综述了碳基材料的研究进展,对其未来发展方向进行了展望。

碳基材料对脂肪酸复合相变材料导热性能影响的研究进展

为解决单一脂肪酸导热性差的应用缺点,并扩大其应用范围,综述了脂肪酸与不同碳基材料(石墨、碳纳米管、石墨烯类、碳纤维、生物基炭、石墨化碳泡沫)相结合制备复合相变材料对其导热性能的影响,并对不同碳基材料进行比较。与单一脂肪酸相比,脂肪酸碳基复合相变材料极大程度上提高了稳定性及导热性能,是解决单一脂肪酸应用问题的一种有效手段。在实际应用中,可根据需求挑选适宜的碳基材料来制备脂肪酸碳基复合相变材料。在未来仍需加深对脂肪酸碳基复合相变材料导热性能的研究,以确保碳基材料新应用的开发。

绿原酸碳基材料的荧光性质及细胞毒性

以绿原酸(CA)为碳源,通过溶剂热法一步合成绿原酸衍生的碳基发光材料CA-71。借助荧光光谱、细胞共聚焦成像及细胞活力实验,进行CA-71荧光性质及细胞毒性研究。结果表明,绿原酸碳基材料CA-71荧光发射光谱具有激发依赖特性,最大激发波长为400 nm,对应的发射波长为492 nm。共聚焦成像实验进一步显示,CA-71能够通透细胞膜,定位人脐静脉内皮细胞(HUVEC)内线粒体,与线粒体绿色定位染料高度定位重合,皮尔森系数为0.98。此外,25.00 mg/L的CA-71对体外HUVEC细胞24 h抑制率为(7.70±0.93)%,与等质量浓度绿原酸对HUVEC细胞的抑制率(8.24±1.18)%接近,总体呈现低毒性,但无显著性差异。

基于机器学习的碳基材料对水中四环素吸附预测研究

利用现有文献中的碳基材料对水中四环素的吸附量的数据,以机器学习为方法准确地预测了不同碳基材料在不同环境条件下对水中四环素的吸附量。其中梯度提升树(GBDT)对四环素的吸附量预测效果最好(R^( 2)>0.99)。比表面积和孔容积是决定碳基材料对四环素吸附量的最主要的特征。除pH与pH_( pzc)对吸附量的贡献为负外,其余变量对吸附量均为正贡献,即特征重要性越明显时,对吸附量的提升越有利。整体而言,四环素在碳基材料上的吸附是一个物理过程,受吸附剂的物理特性和环境因素影响较大,而受碳基材料的化学特性的影响较小。

碳基材料吸附二氧化碳的性能研究

为了验证煤基炭材料作为CO_(2)吸附剂的可行性,研究了不同表面结构的煤基炭材料的吸附性能。以褐煤为原料采用水蒸气活化的方法制备CO_(2)吸附剂,采用N 2吸附-脱附全自动比表面积和孔隙度分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)对材料的孔道和表面结构进行了分析和表征;分别考察了活化时间、吸附剂用量以及吸附压力对混合气中CO_(2)吸附效果的影响;并对吸附饱和的吸附剂进行再生,研究其吸附的稳定性。结果表明:随着活化时间的增加,比表面积和孔径都显著增加;当半焦活化时间为30 min、吸附剂用量为5 g、床层压力为0.5 MPa时,吸附性能最好,饱和吸附量最高,可达30.11 mL/g;将该条件下吸附饱和的吸附剂循环再生使用4次后,其饱和吸附量仍能达到29.05 mL/g。煤基炭材料可用于CO_(2)吸附,研究结果可为煤基炭材料的改性提供数据支撑,也为煤炭资源的高值利用提供了新的思路。

聚离子液体/三聚氰胺碳基材料的制备及电化学性能

将三聚氰胺和聚[3-氰甲基-1-乙烯基咪唑双(三氟甲磺酰基)酰亚胺](PCMVImTf_(2)N)以不同质量比原位复合作为前驱体,经高温煅烧制备得到多孔碳基催化剂。研究结果表明:当三聚氰胺与聚离子液体PCMVImTf_(2)N的质量比为1:7时,制得的NC-7在0.5 mol/L硫酸(H_(2)SO_(4))电解液中显示出最佳的电催化析氢能力;在电流密度为10 mA/cm^(2)时,其过电位为117 mV,对应的Tafel斜率为46 mV/dec,性能优于众多无金属电催化剂。

碳基材料电催化合成氨的研究进展

氨作为重要的肥料和能源载体,传统合成方法(如哈伯-博斯工艺)的高能耗和二氧化碳排放问题促使人们寻求更环保、低能耗的替代方法。电化学氮还原反应(ENRR)被认为是一种有前景的方法。然而,ENRR仍面临着一些挑战,包括催化剂的产率和法拉第效率(FE)受到析氢反应(HER)和氮还原反应(NRR)竞争的影响。近期的研究集中在改进电催化剂以提高其活性和选择性。本文结合电催化机理,综述了碳基材料在NRR反应的研究现状,为寻找更高效、更环保的氨合成方法提供了重要的指导和启示,有望为未来的ENRR研究和环境友好型氨生产的发展奠定基础。

碳基材料活化PMS降解新污染物研究进展

自然环境中新兴有机污染物(ECOs)的存在和去除引起广泛关注,如持续性有机污染物、抗生素、内分泌干扰物等对水生生物和人类产生存在潜在生态风险。过硫酸盐型高级氧化工艺因具有较强氧化降解污染物和选择去除特性,同时兼具广泛pH适应范围而受到广泛关注,而构建适宜的材料结构以实现过硫酸盐体系的高效活化是有效降解新污染物的关键。碳基材料因具有较丰富的官能团分布和结构稳定性,是高效活化过硫酸盐(PMS)的重要催化材料选择。本论文系统总结了可用于活化硫酸盐体系碳材料的结构特点及其活化机制,揭示了碳基材料活化PMS过程存在的自由基和非自由基途径,也对其在高活化效能和绿色环保应用方面的研究前景进行了展望。

碳基材料在周围神经损伤修复中的应用

周围神经损伤严重影响患者身心健康,尤其是离断性周围神经损伤。自体神经移植作为目前临床治疗常用方法,存在着供体来源有限、供体区失神经障碍等局限性。人工移植材料的开发是解决上述问题的关键,近年来碳基材料在周围神经损伤修复治疗中展现出显著优势。本综述从该角度出发,对碳基材料在周围神经损伤中的研究进展加以总结并对其未来在周围神经损伤尤其是面神经损伤领域的应用加以展望,为临床治疗离断性面神经损伤提供新思路。

碳基材料电氧化去除水体污染物的研究进展

电极材料是电氧化技术的核心关键。碳基材料具有稳定性好、结构可调、导电性佳、来源广泛等优势。从碳基材料电氧化过程出发,简要描述了碳材料在阳极电流下的降解行为及其可复合活性材料增强自由基产生能力。重点综述了碳纳米管、石墨烯、生物质碳为代表的碳基材料通过缺陷调控、表面修饰、界面工程等方式调控电氧化性能的研究进展,最后对发展碳基阳极材料提出展望。

碳基材料表面改性及吸附性能的研究进展

综述了近年来多种碳基材料的表面官能团对其吸附性能和理化性质的影响。总结了碳基材料表面官能团的作用,分析了固氮、氧化、硫化等不同改性方法对碳基材料吸附性能和理化性质的影响,重点阐述了重金属离子在碳基材料上的吸附机理,从研究与实际应用的角度出发,对碳基材料在重金属吸附领域的未来研究做出展望。

光热转换用碳基材料的制备及应用进展

光热转换技术可将太阳能转换为热能,是提升资源利用率、实现能源利用可持续发展的有效途径;碳基材料具有优异的宽光吸收性能和高的光热转换效率,是太阳能光热转换用的核心材料。该文系统综述了光热转换用碳基材料的研究进展,概述了光热转换的基本原理和碳基材料的分类,总结了光热转换用碳基材料的制备方法,分析了光热转换用碳基材料在海水淡化、废水净化、光热除冰、光热治疗和热能存储等领域的应用进展,并对光热转换用碳基材料的研究方向作出展望。

钒掺杂Cd-金属有机框架衍生碳基材料对染料光降解的研究

通过水热法合成了四种锌、镉过渡金属有机框架,分别将四种金属有机框架按质量比2∶1掺入偏钒酸铵,在200 mL/min的氮气氛围下以400℃、500℃、600℃煅烧得到新型金属有机框架衍生碳基材料.利用XRD、SEM、XPS等测试方法对所制备的材料进行了表征,并研究了其对有机染料亚甲基蓝、罗丹明B、刚果红、结晶紫、甲基橙的光催化降解效果.实验结果表明:经紫外光照240 min后,经500℃煅烧后所得的钒掺杂Cd-金属有机框架衍生碳基材料对有机染料具有优异的光催化降解效果,其中,对结晶紫溶液的光催化降解率可达到99.27%.

碳基材料修饰电极的电化学传感器在农残检测中的应用研究

在农药残留检测领域,电化学传感器检测农药残留具有广阔的应用前景。本文介绍了基于不同维度碳基材料修饰电极在农残检测中应用的最新研究和进展,重点介绍了碳基材料对修饰电极性能的影响,包括结构优势、灵敏度和稳定性,为电化学电极的设计在农药残留检测的应用提供指导。

二维改性碳基材料用于高效光催化产氢

二维碳基材料,因导电性强、比表面积大、成本低廉等诸多优势,被广泛应用于光/电催化等新兴领域,尤其是光催化裂解水产氢技术,普遍被认为是解决当前能源短缺和环境污染问题的有效途径之一。虽然,近年来关于二维碳基材料在光催化产氢领域的研究层出不穷,但其固有的光生电子/空穴分离效率低、还原/氧化能力弱、界面传输速率慢等问题仍亟待解决。因此,如何显著增加二维碳基材料表面催化活性位点密度,提高其在光催化产氢过程中的电子传输速率和稳定性,具有重要的现实意义。以石墨炔(GDY)、氮化碳(C_(3)N_(4))、共价有机框架化合物(COF)、过渡金属碳/氮化合物(MXenes)四种典型的二维碳基材料为研究对象,系统总结了掺杂/空位缺陷和异质结构建两种改性策略对二维碳基材料物理化学性质的影响关系,并深入剖析了其光催化产氢活性增强机制。最后,还对新型二维改性碳基材料的发展和挑战提出了展望,为高性能光催化产氢材料的设计、制备和应用提供理论指导。

第三代半导体生产应用“四高两涂”碳基材料的技术现状

近年来,PVT生长SiC单晶方面取得了显著的进展。SiC粉是PVT法生长SiC单晶原料,其纯度会影响单晶质量,而C粉纯度决定SiC粉纯度;高纯硬毡、高纯石墨是生长单晶设备的必备组件,决定着PVT设备使用性能;SiC涂层、TaC涂层为石墨制品的保护涂层,保护晶体生长过程中不被污染。本文主要介绍了“四高两涂”的制备方法及研究现状。

基于碳基材料两电子氧还原合成过氧化氢的研究进展

电化学氧还原反应(ORR)作为一种相对绿色、安全和可持续的就地生产过氧化氢(H_(2)O_(2))的方法,已经受到极大的关注。最近,研究人员基于碳基材料在电催化合成H2O2的方面取得了重大成就,这可能会取代传统的蒽醌工艺。本文将结合反应机理,重点介绍碳基材料电催化合成H2O2的研究现状,总结出现的问题以及不足之处,并对今后的发展趋势进行展望。

基于数字化技术的碳基材料制造系统研究

介绍了碳基材料生产的特点、碳基材料数字化系统的主要架构及其硬件设计与数据系统管理能力,分析了碳基材料生产过程的复杂性和产品批量小品种多的特点,导致其生产追溯及生产控制困难度增加的实际情况,应用数字化技术,构建数字化管理体系,实现了碳基材料产供销的协同管理,有效避免了生产过程中由于产供销各环节信息孤岛导致的信息滞后、管理不畅造成生产周期长、库存积压严重等问题,在制品产供销效率提升方面有显著的改进效果。

中国碳基材料产业发展特征及区域产业发展思路——以石墨烯为例

碳基材料几乎包括了地球上所有物质所具有的特性,蕴含着无限的开发可能性。随着科技的进步,碳基材料已经作为工业基础材料广泛应用于各个领域,并且正在不断拓展新的应用前景,发展潜力十分巨大。本文对中国石墨烯产业发展生命周期、产业发展要素、产业链、产业存在问题进行了分析,总结了石墨烯产业发展特征,并以点带面总结了中国碳基材料产业发展特征。针对碳基材料产业发展特征以及中国产业发展基础,对地方政府发展该产业提供了初步思路。