纳米纤维素/还原氧化石墨烯光催化气凝胶的制备及其吸附降解罗丹明B

以漂白木浆为原料,先经2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化制得氧化纳米纤维素(TOCN),再与还原氧化石墨烯(rGO)复合制得气凝胶TOCN/rGA,然后将催化剂Ag/AgCl/石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))负载在该气凝胶上,制备光催化气凝胶Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA,并将其用于吸附降解罗丹明B(RhB)。通过红外光谱(FT-IR)、场发射扫描显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对气凝胶的结构和形貌进行表征,利用X射线光电子能谱(XPS)、紫外漫反射光谱(DRS)、荧光光谱(PL)、瞬间光电流和活性物质捕获实验以及能带结构计算探讨气凝胶的光催化机理,并分析了气凝胶吸附性、光降解性能、力学强度和抗菌性。研究结果表明:Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA成功制备,其具有丰富的多孔结构。rGO良好的导电性有效抑制了Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)光生载流子的重组,相较于Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4),Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA具有强可见光吸收,低光生载流子复合率和高瞬态光电流密度;Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)的负载也增大了气凝胶的平衡吸附量和机械强度:Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA对RhB的平衡吸附量为2.86 mg/g,优于TOCN/rGA的平衡吸附量2.72 mg/g;在应变为70%时,Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA的抗压强度为0.86 MPa,高于TOCN/rGA的抗压强度0.62 MPa。Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)与TOCN/rGA相互作用获得了优异的降解效果:在pH值7,光照180 min时Ag/AgCl/g-C_(3)N_(4)@TOCN/rGA对RhB降解率为95.1%,循环4次后对RhB的降解率为80.5%,120 min对大肠杆菌的抑菌率为100%。自由基捕获实验结果表明:超氧自由基(·O_(2)^(-))为复合气凝胶光催化主要活性物质。

新工科背景下地方高校大学生创新创业教育的现状分析与改革路径探讨

自中国制造2025国家战略提出以来,我国各地政府为了积极响应新一轮产业变革与科技改革,加大对的服务创新发展的驱动力量,愈加重视新工科背景下的教育教学事业,树立起现代化教学理念,以培养新时期工程人才为目标,全力研究和实践探索新工科背景下高校大学生创新创业教育模式。地方高校在此过程中,面临着如何从现状出发,采取有效策略科学改革学生创新创业教育的新挑战,鉴于此,本文结合对新工科背景下地方高校改革创新创业教育的必要性分析,思考了新工科背景下地方高校改革创新创业教育现状,并探究了改革路径,以供参考。

纳米纤维素制备技术及产业化现状

近年来,随着人们对于可再生生物质资源转化利用的日益重视,纳米纤维素因其独特的性质而受到广泛关注。纳米纤维素在高性能复合材料、电子产品、催化材料、生物医用材料和能源等领域的潜在应用引起了学术界和工业界的浓厚兴趣。纳米纤维素与有着近100年发展历史的石油化工产品之间的竞争将是大势所趋。林业行业、建筑业、石化行业和制造业之间的密切合作是将绿色纳米纤维素引入大型消费品市场的关键。纳米纤维素的成本和性能非常具有市场竞争力,其两大主要产品为纤维素纳米纤丝(CNF)和纤维素纳米晶体(CNC)。目前,CNF的制备主要是用化学和酶解等方法对纤维素纤维进行预处理,再通过机械解纤法来分离和减小经过预处理的CNF尺寸。CNC则是利用无机酸、有机酸、氧化、酶解、离子液体、低共熔溶剂(DES)或超临界水法对纯化纤维素处理得到的。CNF和CNC未来的市场发展将取决于新型高效溶剂体系的开发(如固体有机酸和DES等),可大量应用纳米纤维素、有效降低总体生产成本的相关产品(如纳米纤维素复合钻井液、纳米纤维素-水泥复合材料和纳米纤维素改性塑料等)的研发,以及纤维素纳米材料的相关国际标准、生理毒性和使用规范的制订,从而帮助相关部门研发和利用纤维素纳米材料。

纤维素纳米纤丝-碳纳米管/天然橡胶柔性导电弹性体的合成与性能

利用纤维素纳米纤丝(Cellulose nanofibers,CNFs)搭载碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)均匀分散在天然橡胶(Natural rubber,NR)基体中,制备了具有高强度和高柔韧性的复合导电弹性体(CNF-CNT/NR)。通过对其化学结构、微观结构、力学性能和电学性能等研究发现,CNFs能有效协助CNTs在NR基体中均匀分散,使得弹性体的力学性能和电学性能显著提高。当CNFs和CNTs含量分别为3和10 phr时,CNF-CNT/NR的强度和弹性模量可达6.44±0.32 MPa和8.77±0.48 MPa,约为纯NR的6.9和9.96倍,CNT/NR的1.49和1.59倍;其电导率可达1.78±0.86 S/m,在电流密度为0.3 A/g时比电容可达107 F/g;1.0 A/g的电流密度下循环充放电1 200次,其比电容仍为初始值的83%。该柔性导电弹性体具有优良的机械性能和电学性能,有望应用于柔性电子器件领域。

纳米纤维素/聚丙烯酸-聚丙烯酰胺双网络导电水凝胶的合成与表征

将AA(丙烯酸)和AM(丙烯酰胺)单体通过自由基聚合及物理交联构建PAAAM(聚丙烯酸-聚丙烯酰胺)水凝胶的基本骨架,再将TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基)纳米纤维素-石墨烯(TOCN-GN)纳米导电复合物作为纳米增强相均匀分散到水凝胶基体中,通过Fe3+物理交联水凝胶中的羧基形成离子配位键,建立更加紧密的交联网络,合成双重物理交联TOCN-GN/PAAAM复合水凝胶。TOCNs起到了纳米增强和协助分散GN的双重作用,而GN在提高力学性能的同时,也赋予水凝胶优异的导电性能。通过对复合水凝胶的化学结构、微观形貌、力学强度和导电性能等分析发现:当TOCNs的质量分数为2.0%,GN的质量分数为0.7%,Fe^3+浓度为0.10 mol/L时,导电水凝胶的综合性能最佳,如良好的抗压强度(2.15 MPa)、可拉伸性(当断裂伸长率为568.4%时,拉伸应力到达132.0 kPa)、优异的自恢复性能和抗疲劳能力(60 min内恢复效率高达92.1%)。由于GN和Fe3+的存在,TOCNs可协助GN形成良好的导电通路,电导率可达2.49 S/m。此类复合导电水凝胶有望在可穿戴传感设备领域得以应用。

《现代环境分析技术》课程建设的探索与实践

《现代环境分析技术》是环境工程、环境科学专业的核心主干课程。目前,课程存在诸多问题,如目标导向模糊、教学内容陈旧、实验环节缺失、教学模式单调、评价形式单一等,导致学生学习积极性不高,教学质量低下。因此,课程标准建设的探索与实践迫在眉睫。针对教学现状,提出了明确目标导向、整合教学内容、优化实验设置、创新授课方式和完善评价体系等改革措施,培养学生独立思考和解决问题的能力。

沼液养鱼水质变化及鲫鱼适应性研究

通过分析沼液养鱼过程中的水质变化以探究鲫鱼对沼液施加的适应性。在鱼缸中投加沼液喂养鲫鱼并同步进行对照组试验,考察养殖过程中主要水质指标的变化规律,测定鲫鱼的生长曲线以及鱼肉品质。结果表明,投加沼液的鱼缸水中的氨氮、亚硝酸盐、有机质、重金属、无机盐等浓度高于对照组,且随沼液投加量的增加呈上升趋势;沼液鱼养殖过程中鱼质量先下降后持续增加,增长速率与对照组鱼相当;沼液鱼肉的脂肪、蛋白质、氨基酸等含量与对照组相差不大,Cu、Zn、Cr、Pb等重金属含量比对照组鱼略高。研究证明,即使在高浓度的沼液环境下,鲫鱼仍能保持正常生长,具有良好的适应性和耐受性,鱼肉品质与对照组无明显差异,重金属含量未超标。

镧系配合物检测流域水环境阴离子的可视化研究

水环境中阴离子的快速便捷检测对评估流域水环境污染、提出相关流域治理对策具有重要意义。提出一种以镧系金属离子Eu^(3+)作为配位金属离子,采用水热法与2,6-吡啶二羧酸合成镧系配合物,对水环境中9种常见阴离子进行定性和定量分析的方法。结果表明,制备的配合物吡啶二羧酸铕[Eu(DPA)_(3)]在水中具有良好分散性,280 nm激发波长下,Eu(DPA)_(3)水溶液在紫外灯下可用肉眼观察到强烈特征红光,进而可以实现可视化检验。定性分析结果,不同阴离子对Eu(DPA)_(3)水溶液的荧光产生差异性淬灭,Eu(DPA)_(3)水溶液对Cr_(2)O_(7)^(2-)有较高的灵敏度和选择性。定量分析结果表明,高浓度Cr_(2)O_(7)^(2-)离子可完全淬灭Eu(DPA)_(3)水溶液的荧光,低浓度范围内荧光强度与浓度有线性关系,R^(2)=0.9858。本研究展现了镧系配合物对水环境中特定阴离子的定性和定量检测具有良好的应用前景,未来可开发一种智能手机荧光传感APP用于水环境中阴离子的即时检测,通过荧光传感APP信号读取器将红色荧光强度数值化,从而实现可视化检测。

具有强光吸收和超亲水性的层级木质素基静电纺丝碳膜用于海水淡化

木质素的高价值利用满足了废弃物资源化利用的需求,对实现碳中和具有重要意义.然而,木质素在高温下不稳定,容易熔化和变形,需要较长的稳定时间.通过电纺制备的碳纳米纤维(CNF)膜具有高纵横比、低密度、良好的光吸收和丰富的孔隙结构等优势.本文基于共电纺技术制备了一种以木质素为基础的CNF膜材料.该材料的制备过程不仅能够节省木质素基纳米纤维的稳定时间,还通过氯化锌激活和添加孔隙形成剂(苯二甲酸和聚甲基丙烯酸甲酯)提高了膜的亲水性和光吸收性能.作为界面太阳蒸发系统的光热层,该膜在整个太阳光谱下的光吸收率为94.3%.此外,以制备的CNF膜作为光热层的界面太阳蒸发系统(@1 sun)表现出1.43 kg m^(-2)h^(-1)的蒸发速率,蒸发效率为93.8%.此外,蒸发器具有良好的循环和耐盐性能,在连续照射15 h后仍然保持卓越的蒸发速率.这种以木质素为主要碳源的CNF膜在海水淡化应用中具有巨大的光热转化潜力.

纤维素纳米纤丝-碳纳米管/聚乙烯醇-硼酸盐复合导电水凝胶

利用纤维素纳米纤丝(Cellulose nanofibers,CNFs)搭载碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs),在水相中将CNF-CNT复合物均匀分散于聚乙烯醇-硼酸盐(PVA-B)基体中,制备具有立体网络结构的CNF-CNT/PVA-B复合导电水凝胶,旨在提高其动态黏弹性、力学强度和导电性能。结果表明:CNF-CNT/PVA-B内部呈现微米级蜂窝状多孔结构,CNFs与CNTs组成的立体网络在显著提高CNF-CNT/PVA-B力学强度和黏弹性的同时还赋予其导电功能。CNTs含量由0增至0.5wt%时,CNF-CNT/PVA-B的抗压强度和弹性模量分别达到24kPa和53kPa,最大和高频稳态剪切模量分别达到7 028Pa和6 945Pa,电导率达到0.8×10-1 S·cm-1。

纳米纤维素-聚吡咯/天然橡胶柔性导电弹性体的制备与性能

以纤维素纳米纤丝(Cellulose nanofibrils,CNFs)为生物模板,将聚吡咯(Polypyrrole,PPy)原位聚合在CNFs表面,再将CNF-PPy复合物均匀分散到天然橡胶(Natural rubber,NR)弹性基体中,制备了具有高柔韧性的纳米纤维素-聚吡咯/天然橡胶(CNF-PPy/NR)导电弹性体。结果表明:CNFs可协助PPy在NR基体中形成三维导电网络结构,并提高弹性体的力学性能和导电性能,有效降低其逾渗阈值。当添加质量比为5%(以橡胶质量为基准,下同)的CNF和20%的PPy时,CNF-PPy/NR的拉伸强度可达(8.97±0.92)MPa,分别约为PPy/NR及纯NR的1.56倍和9.54倍,电导率可达(0.134±0.063)S/m;在0.3A/g的电流密度下,比电容可达96F/g,并在1.0A/g电流密度下循环充放电1 200次后,比电容仍可保持其初始值的72%。此导电弹性体具有良好的力学强度和电学性能,有望应用于柔性有机电子器件领域。

静电纺定向纳米纤维素-碳纳米管/聚乙烯醇复合纤维导电膜及性能

利用纤维素纳米晶须(CNCs)搭载碳纳米管(CNTs)在水相中形成均一稳定的纳米CNCs-CNTs导电复合物,并将其均匀分散于聚乙烯醇(PVA)基体中制得纺丝液,采用静电纺丝技术制备纤维定向排列的CNCsCNTs/PVA复合导电膜。结果表明:CNCs-CNTs增强了纤维膜热力学性能,并赋予其导电功能;纤维的定向排列显著提高了膜的力学性能;随CNTs含量增加,纺丝液电导率和黏度提高,纤维直径减小;当CNCs和CNTs与PVA的质量比分别为8.0%和1.0%时,CNCs-CNTs/PVA的纤维直径、拉伸强度和电导率分别可达182nm±35nm、15.99 MPa±1.25 MPa和0.12S/m±0.01S/m;当电流密度为0.2A/g时,其比电容可达127.1F/g,且经过1 500次充放电循环后电容量仍保持在83.14%。基于导电膜优良的力学性能、热稳定性和导电性,CNCsCNTs/PVA导电膜有望应用于可折叠超级电容器、柔性传感器和柔性电极材料等领域。