基于碳球@铂@活性炭纳米复合材料传感器检测白酒中甲醛

制备新型的碳球@铂@活性炭纳米复合材料(Cs@Pt@ACn),并构建电化学传感器对白酒中甲醛进行定量分析。通过对萘酚(Nafion)质量分数、纳米材料以及富集时间的优化,确定传感器的最佳工作条件。结果表明:Cs@Pt@ACn对甲醛具有良好的电催化作用和吸附性,可以有效提高传感器的灵敏度。传感器的最佳工作条件为Nafion质量分数1.0%、Cs@Pt和ACn质量比50∶3、富集时间40 s。氧化峰电流(Opc)分别在甲醛浓度0.05~5.0μmol/L和5.0~1800μmol/L范围内与其呈线性关系,检出限为0.0183μmol/L,制备的传感器对常见干扰物有良好的抗干扰能力,稳定性好,操作简单,灵敏度高,可对白酒中甲醛进行快速定量分析。

相互连接的介孔空心碳球的制备及其在电容去离子(CDI)技术中的应用研究

以空心碳球的孔隙结构为研究对象,采用改良Stöber法成功合成了一种相互连接的介孔空心碳球(MHCSs),并将其作为电极材料系统地研究其介孔结构对电化学性能和电容去离子性能的影响。研究结果表明,相比于以微孔结构为主的相互连接空心碳球(HCSs),MHCSs具有更大的比表面积和更多的活性位点,从而提高了电极材料的比电容。大孔径提升了空心碳球的离子传输速率,而石墨化程度的提高则增加了电极材料的电导率,显著提升了材料的电容去离子性能。在100 mg·L^(-1)浓度的NaCl溶液中,HCSs和MHCSs的电吸附容量分别达到10.01和17.81 mg·g^(-1),MHCSs表现出优异的电容去离子性能。此外,在经历了30次吸附-解吸循环后,MHCSs在100 mg·L^(-1)NaCl溶液中仍能保持97.42%的初始脱盐能力,表现出良好的循环稳定性。此研究成果为介孔空心碳球材料在海水淡化、水处理领域的应用提供了有益的参考。

碳球负载纳米零价铁活化过硫酸盐降解水中恩诺沙星的性能研究

恩诺沙星(ENR)属于氟喹诺酮类抗生素,具有稳定性强、难分解、易富集等特性,常用于水产养殖、畜禽养殖等,其在环境中总体浓度较低,但长期低剂量暴露可能对人体健康和生态环境带来极大风险。采用碳球(CS)负载纳米零价铁(nZVI)活化过硫酸盐(PS)去除水体中的ENR。应用两步碳热还原法制备了碳球负载纳米零价铁(Fe@C),采用单因素实验研究了Fe@C投加量、PS浓度、ENR初始浓度和pH值对ENR降解的影响及降解动力学,通过自由基及降解产物分析推测了Fe@C活化PS降解ENR的反应机制与降解路径。结果表明,ENR的降解符合准一级动力学,在温度为25℃、Fe@C投加量为0.3 g∙L^(-1)、PS浓度为1 mmol∙L^(-1)、ENR初始质量浓度为10 mg∙L^(-1)、pH值为3的条件下,ENR降解率最高达98.6%。ENR降解率随着腐植酸(HA)、氨氮(NH3-N)、碳酸氢根离子(HCO3-)浓度的升高而降低。氯离子(Cl-)在低浓度时对ENR的降解有微弱的促进作用,高浓度时有抑制作用。自由基淬灭实验表明SO4-∙是ENR降解的主要自由基。根据ENR的降解产物,推测哌嗪环的裂解、喹诺酮环的分解及脱氟为ENR主要降解途径。碳球负载纳米零价铁活化PS高级氧化工艺可作为一种高效去除水中ENR的工艺。

磁性微碳球改性材料修复Pb污染土壤的影响因素与作用机理

Pb(Ⅱ)是有毒重金属,被世界卫生组织国际癌症研究机构列为一类致癌物,如何从土壤中去除Pb是土壤污染修复中的重要课题。该文采用水热合成法制备磁性陶粒负载微碳球并经聚乙二醇改性功能材料MCCSPG用于土壤Pb污染修复。结果表明,MCCSPG对土壤Pb具有很好的吸附去除效果,总Pb平均去除率为94.11%,有效态Pb去除率达95%以上。在影响土壤Pb去除率的因素中,材料投加量、作用时间和土壤Pb初始含量在吸附平衡之前与去除率均为正比关系,而pH为弱酸性时去除率大,pH为4.9时吸附量最大,材料的最大吸附容量可达48 mg/g。MCCSPG对土壤中Pb不仅存在化学吸附,还有相当数量的物理吸附,吸附过程符合Freundlich等温吸附和准一级动力学模型。吸附上升阶段持续时间长、吸附量起点低,材料投入土壤吸附Pb需要12 d以上达最大吸附量。

生物质基碳球材料研究进展综述

生物质碳球材料作为新型的可再生能源材料具有来源丰富、绿色环保、结构多样等优势,已被广泛应用于多种研究领域。概述了生物质碳球材料的分类、制备方法及应用领域,介绍了不同类型碳球材料的结构特征,分析了各种制备方法的优缺点,对生物质碳球材料的发展与应用进行了展望。

高效磷酸银/碳球复合光催化剂的制备及可见光催化性能研究

采用水热法制备了前驱体碳球(CSs),将磷酸银(Ag_(3)PO_(4))与CSs共沉淀复合制备了系列Ag_(3)PO_(4)/CSs-x%(x为0~0.8)复合光催化剂。通过XRD、FE-SEM、FT-IR、UV-Vis DRS和XPS等对所制备的光催化剂进行表征。结果表明,Ag_(3)PO_(4)有效地包覆在CSs表面,Ag_(3)PO_(4)的晶体结构不受影响。CSs的引入增强了Ag_(3)PO_(4)对可见光的吸收,增大了Ag_(3)PO_(4)和污染物的接触面积。复合光催化剂Ag_(3)PO_(4)/CSs-x%比Ag_(3)PO_(4)具有更高的活性,当m(CSs)∶m(Ag_(3)PO_(4))=0.6∶100时,所得的Ag_(3)PO_(4)/CSs-0.6%光催化效果最佳,光照60 min时对苯酚的降解率可以达到99.4%。空穴(h^(+))和超氧自由基(·O_(2)^(-))为降解反应的主要活性物种,并且光催化剂循环使用3次仍具有较高的光催化活性。

N、B共掺杂空心碳球结构设计及其锂硫电池性能研究

采用二氧化硅包覆限域碳化的方法,制备N、B共掺杂空心纳米碳球。碳球直径为245 nm,空腔内径为165 nm,比表面积为666 m^(2)/g。与非限域碳化空心碳球对比,限域碳化可以有效扩大碳球空腔直径。以空心碳球为载体制备碳硫复合正极材料,碳球的大空腔结构可以提高锂硫电池硫正极中单质硫的利用率和循环稳定性,复合材料0.1 C放电比容量809 mAh/g;1.0 C初始放电比容量716 mAh/g,循环300次后比容量551 mAh/g,每次容量损失率0.077%。同时,碳球的多孔壁层结构可以提高锂离子的传输动力学,材料表现出良好的倍率性能,5 C放电比容量为423 mAh/g。

氧化纳米碳球对输送带胶料性能的影响

以天然橡胶(CV-60)并用丁苯橡胶(SBR1500)的输送带基础配方为研究对象,加入氧化纳米碳球(carbon nano onions,CNOs)制备输送带覆盖胶胶料,分别探究了氧化纳米碳球对覆盖胶胶料的硫化特性、物理机械性能、填料分散性能、动态力学性能、疏水性能以及磨耗性能的影响。结果表明:氧化纳米碳球与炭黑并用时,增加了胶料的焦烧时间,改善了胶料的加工安全性;同时氧化纳米碳球的引入提高了胶料的疏水性,可以降低输送带的低黏附性;其中2份氧化纳米碳球与炭黑并用时,覆盖胶具有最好的拉伸强度、最高的耐磨性能以及最低的滚动阻力,因此氧化纳米碳球杂化炭黑可以制备低滚动阻力耐磨疏水输送带胶料。

中空碳球负载的镍铁双金属单原子催化剂用于高性能锂硫电池研究

锂硫电池(lithium-sulfur battery,LSBs)是一种基于多电子转化反应机制的新型锂离子二次电池,具有能量密度高、环境友好、成本低廉的优点。然而,多硫化物的穿梭现象和硫正极反应动力学缓慢限制了LSBs的实用性。设计了一种负载镍铁双金属单原子催化剂的多孔空心碳球(NiFe-HCS)用作高效的硫载体纳米反应器。NiFe-HCS具有高比表面积,可以实现高的硫载量,且其空腔结构可以缓冲硫的体积膨胀。原子级Ni与Fe提供了丰富的化学吸附位点,不仅能够通过强的物理束缚和化学吸附能力抑制多硫化物的溶解和扩散,而且能够提高硫的利用率,促进多硫化物的反应还原动力学,有效地提高其催化转化效率。因此,基于NiFe-HCS纳米反应器的LSBs实现了高比容量、高倍率性能和超长的循环稳定性,在2 C电流密度下初始的质量比容量为1002 mAh/g,经过500次循环,电容量保持率为94%,并且在8 C电流密度下表现出优异的高倍率性能,质量比容量为932 mAh/g,显示了此纳米反应器在高能量密度锂硫电池中的巨大应用潜力。

以酚醛树脂为前驱体合成氮掺杂中空碳球及其类酶活性研究

以间苯二酚甲醛树脂为前驱体,三聚氰胺为氮源,球形碳酸钙为模板剂,氢氧化钾为扩孔剂,通过硬模板法合成了氮掺杂中空碳球(NHCSs),通过扫描电子显微镜、场发射透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪对NHCSs的微观形貌、表面元素组成及化学价态进行了表征,探究了NHCSs过氧化物模拟酶活性及反应体系中产生的活性氧中间体。结果表明:在弱酸性和H_(2)O_(2)存在的条件下,NHCSs可以快速地催化氧化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)生成蓝色产物;经过氢氧化钾扩孔处理后的NHCS-1对TMB和H_(2)O_(2)具有良好的亲和力;超氧自由基·O_(2)^(-)和羟基自由基·OH是主要的活性物种。采用简单快速的比色法检测H_(2)O_(2),线性范围为8~1000μmol/L,检测限为4.97μmol/L。

三维碳球的物理性质研究

利用密度泛函理论(DFT)和波函数分析方法,从理论上探讨了三维碳球的光学性质。研究了紫外-可见光(Ultraviolet-visible, UV-vis)吸收光谱中的电子跃迁机制;通过跃迁密度矩阵图(Transition Density Matrix,TDM)和电荷差分密度图(Charge Density Difference, CDD),研究了三维碳球的电子激发特性;对拉曼(Raman)光谱进行了计算,并进一步解释了三维碳球的振动模式;利用静电势(Electrostatic Potential,ESP),研究了三维碳球与外界环境的相互作用;基于外加磁场下的磁感应电流,研究了三维碳球的电子离域程度。结果表明,三维碳球的吸收光谱主要在紫外光区域,并且有较强的电子离域能力。研究结果可为其他三维π共轭分子结构在线性光学和非线性光学中的应用提供理论基础。

功能化氮掺杂空心碳球的制备及其对Pb^(2+)的吸附特性

水热法合成氮掺杂空心碳球(CS),通过活化反应分别将尿素和硫脲接枝到表面富含羟基的空心碳球上,制备了两种用于去除Pb^(2+)的新型增强吸附剂Urea-CS和Thiourea-CS。在吸附剂质量为40 mg、Pb^(2+)初始质量浓度为800 mg/L、溶液pH为6和温度为25℃的吸附实验条件下,Thiourea-CS和Urea-CS的最大吸附量分别为212.35 mg/g和166.54 mg/g,去除率分别为42.30%和33.30%,均符合Langmuir吸附模型。热力学研究表明,吸附是一个自发的、吸热的、熵增加的过程。准二级吸附动力学模型与Urea-CS和Thiourea-CS的实验数据吻合。200 mg/L的Pb^(2+)溶液经过5次吸附-解吸循环后,Urea-CS和Thiourea-CS仍具有良好的稳定性和重复性,去除率分别为95.24%和98.40%。XPS结果表明,氮/氧与Pb^(2+)之间的络合作用在吸附机制中起重要作用。该方法对Pb^(2+)的去除具有良好的可重复性和选择性。

硅铁碳球发热量检测方法

硅铁碳球使用直接在坩埚燃烧的方法进行检测发热量将出现试样燃烧不完全的现象,导致硅铁碳球发热无法准确检测。试验发现在试样下部增加玻璃棉衬垫物,可使硅铁碳球试样在量热仪的氧弹中完全燃烧,从而实现硅铁碳球发热量准确测定。

氯金酸辅助制备核壳结构多孔碳球及其电化学性能

为提高多孔碳球作为超级电容器电极材料在电解液中的离子迁移速率,通过水热法设计制备了以碳球为外壳,金纳米颗粒为核心的核壳结构复合材料(CS-Au)。之后通过KOH活化,制备的样品(PCS-Au)比表面积可达到962.48m^(2)/g。结果表明:在0.5A/g的电流密度下,PCS-Au表现出225F/g的比容量,相较于纯多孔碳球(PCS)比容量提高了28.5%。使用螺旋季铵四氟硼酸盐和乙腈混合溶液(CF4301)作为电解液,组装成纽扣式对称型超级电容器后,PCS-Au在功率密度为1000W/kg的情况下能量密度为27.63Wh/kg。并且在1A/g电流密度下,经过20000圈循环稳定性测试后容量保持率为104.76%,性能无衰减,展现出很好的循环稳定性。精心设计的核壳结构与较大的比表面积,优异的导电性及丰富的孔结构降低了材料电阻并可以容纳更多的电解液,导致Au纳米颗粒@多孔碳球是一种极具应用价值的超级电容器电极材料。

铌精矿配碳球团熔分过程与元素迁移试验研究

以白云鄂博铌精矿及半焦粉为原料,使用高温热台原位观察碱度对配碳球团还原产物熔分过程的影响。在不同熔分条件下对最佳碱度的样品进行淬火并制样,采用SEM-EDS分析熔分过程中元素迁移规律,采用XRD、同步热分析仪以及ICP相结合定量分析了熔分过程中Nb、Si元素反应率。结果表明:二元碱度为1.0时能够有效抑制熔分过程中渣液喷溅现象并提高熔分效果。在碱度1.0条件下,1 350℃时渣中SiO_(2)在渣金界面发生还原反应并进入铁相,1 400℃保温2 min后在渣金界面上铁液中C优先与渣中铌氧化物发生还原反应生成NbC。少量NbC溶入铁相,其余大部分NbC将粒铁包裹形成滞留带,阻碍渣金界面传质,降低还原反应速率。1 400℃保温10 min后,Nb、Si元素的反应率分别为36%和1.7%。Ti、RE元素在熔分过程中全程不参与反应。

空心氮掺杂碳球锚定单原子铁位点用于高效电催化氧还原反应

本研究将单原子分散的Fe-N_(4)位点锚定在氮掺杂空心多孔碳球上用于电催化氧还原反应,研究表明,所制备的FeSAs/HNCSs-800催化剂表现出优异的电催化氧还原性能,其起始电位为0.925 V,半波电位为0.867 V。球差电镜和同步辐射X射线吸收光谱证实了催化剂中存在高度分散的Fe-N_(4)单原子位点。通过密度泛函理论计算证明单原子Fe-N_(4)位点是氧还原反应有效的活性位点,其相邻的C缺陷可以有效调控单原子Fe的电子结构,进而提高电催化氧还原性能。

氮掺杂空心碳球锌离子混合电容器正极材料的制备及其性能

以溶胶-凝胶法合成的二氧化硅球为模板,酚醛树脂为前驱体,采用模板法制备了氮掺杂空心碳球,并将其用作锌离子混合电容器正极材料。该空心碳球具有空腔结构的微观形貌和介孔主导的分级孔道,且碳壁相互连接,有效促进了离子传输扩散和提高了材料的电子导电性。研究表明:在电化学性能方面,原位氮掺杂极大地改善了电极材料的电解液浸润性和电子导电性,并提供更多的赝电容容量,从而全面提升了电极材料的性能。在0.2 A·g^(-1)电流密度下,其比容量可以达到147.8 mAh·g^(-1),经过20000次循环后容量保持率为82%,展现出良好的倍率性能和循环稳定性。因此,氮掺杂空心碳球有望成为下一代高性能锌离子混合电容器正极材料。

烧结烟气脱硫石膏含碳球团还原脱硫实验研究

基于含碳球团减重还原实验,研究了还原剂摩尔比、反应温度、气氛、添加剂对脱硫石膏还原脱硫的影响。还原实验结果表明,脱硫石膏含碳球团还原脱硫最适宜的工艺参数是n(C)/n(CaSO_(4))为0.5~0.6,反应温度1 150℃,H_(2)气氛,添加剂的作用不明显。综合实验结果表明,扩大实验量级不会降低含碳球团脱硫石膏的脱硫效果,由此可指导扩大试验。

铋纳米粒子/花状碳球电化学传感器的构建及葛根中重金属的检测研究

目的构建基于铋纳米粒子(BiNPs)/花状碳球(FCS)的电化学传感器,用于检测葛根中Cd^(2+)与Pb^(2+)的浓度。方法首先通过管式炉热裂法合成FCS;其次采用化学还原法将BiNPs负载在FCS表面;最后通过滴涂法构建电化学传感器。透射电子显微镜(TEM)和循环伏安法(CV)用于材料的表征。差分脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)用于检测Cd^(2+)与Pb^(2+)的浓度。根据DPASV峰电流值大小对实验参数进行优化。结果在最佳实验条件下,Cd^(2+)与Pb^(2+)的峰电流响应值与浓度线性良好,R^(2)分别为0.996和0.997,线性响应范围为5~200μg·L^(-1)。Cd^(2+)与Pb^(2+)的检出限分别为0.45μg·L^(-1)和0.53μg·L^(-1)。该传感器成功用于葛根中Cd^(2+)和Pb^(2+)的检测,加样回收率在92.0%~116.8%内。结论所构建的传感器可用于葛根中Cd^(2+)与Pb^(2+)的检测。

黏结剂对含碳球团强度影响的试验研究及机理分析

含碳球团的强度是制约含碳球团在低碳炼铁领域应用的主要原因之一。文章针对含碳球团强度难以满足装备要求的问题,研究了膨润土、硅酸钠、HPMC等3种黏结剂对冷压含碳球团落下强度和抗压强度的影响,并对黏结剂成球机理及生球微观结构进行分析。研究结果表明:球团强度随着铁矿颗粒粒径降低而降低,随着煤粉颗粒粒径降低而升高;随着膨润土、硅酸钠、HPMC用量的增加,含碳球团的抗压强度及落下强度均表现为升高趋势。对球团的微观结构形貌用SEM分析发现,膨润土在铁矿颗粒表面附着并呈聚集状,而HPMC可浸入铁矿周围或内部,可显著提高含碳球团的落下强度与抗压强度。