固-液界面接触角测定实验的课程思政设计

固液界面接触角的测定是一个重要的物理化学实验,本案例结合特殊润湿性材料可处理含油废水这一科研进展,将其改进为一个融入课程思政元素的综合创新实验,不仅能提升学生的学习兴趣,还能引导学生学会理论联系实际,利用所学专业知识来保护自然、治理环境,培养学生的社会责任感和专业自豪感,有助于达成创新型人才培养目标。

超疏水表面的制备及其在含油废水处理中的应用——一个物理化学综合创新实验

以较前沿的科研成果为基础设计了一个物理化学综合创新实验。通过该实验,学生不仅可以了解油污染水环境问题,加深对润湿性一般理论的理解,还可以掌握超疏水材料的制备、接触角表征以及超疏水/超亲油材料对含油废水进行处理的操作和方法。实验融入了较多的课程思政元素,通过引导学生利用课堂学习的表面化学理论知识解决含油废水处理问题,培养学生的社会责任感、专业自豪感、严谨的科学思维和创新能力。

一种可用于光降解的纳米氧化锌油水分离网

通过低温水热法在钢丝网上生长六棱柱形的氧化锌纳米柱.包覆了氧化锌纳米柱的钢丝网具有水下超疏油的特殊浸润性,并可用于油水分离.滤网在室温常压下可对含有汽油、柴油和原油等油水混合物进行高效快速分离,分离效率可达98%以上.材料可以承受1.4 kPa的油层压力且可反复使用.由于氧化锌的光响应性强,滤网可快速降解水中的亚甲基蓝,2 h的降解率可达80%.包覆了氧化锌纳米柱的钢丝网具备同时进行油水分离和降解环境中污染物的能力,是一种新型多功能水处理材料.

非表面活性剂模板溶胶-凝胶法制备磁性介孔二氧化硅实现纤维二糖酶的原位固定

以非表面活性剂为模板,通过引入磁性纳米颗粒,制备了磁性介孔硅材料,实现了纤维二糖酶的原位固定,得到了磁性固定化酶.制备流程操作简单、原料易得、使用方便.溶胶-凝胶反应在水相、常温、中性条件下进行,适用于工业化生产.对磁性固定化酶进行了气体吸附分析、热重分析、表面形貌分析和磁性表征.结果表明,磁性固定化酶具有较大的比表面积、较窄的介孔分布和软铁磁性.与非介孔固定化酶相比,磁性固定化酶表观酶活明显提高.磁性颗粒的引入对酶活性没有显著的影响,并且可以非常方便和快速地从反应系统中回收再利用,结合磁场的可控性,非表面活性剂模板溶胶-凝胶法有望实现固定化酶的大规模可控释放与回收.

基于智能水凝胶材料构建高度仿生大脑模型的应用研究

目的为构建高仿生颅脑损伤科研和训练平台,探索智能水凝胶制备高仿生大脑组织及解剖结构的可行性。方法制备基于聚丙烯酸和铁离子的自修复水凝胶体系,通过调节交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAA)、铁离子浓度以及含水量,调控材料的,模量、断裂应力等力学性质。利用材料自愈合性质,通过注塑、模具切除、愈合拼接的方式,得到内部具有复杂脑室三维结构的仿生大脑样件。结果聚丙烯酰胺基(PAM)水凝胶的含水量可达84.4%,对于可见光范围内的入射光,PAM水凝胶的透光率可达90%以上。通过调整MBAA相对AM单体的摩尔百分比可使PAM水凝胶的最大伸长率均达到了1200%以上,模量处于4~5 kPa的区间内。聚丙烯酸基(PAAc)水凝胶的含水量为85.0%,对于可见光范围内的入射光,PAM水凝胶的透光率可达70%以上。通过调节铁离子及MBAA相对AAc单体的摩尔百分比可使PAAc弹性模量可达12kPa以下,断裂应力50kPa以下。以上表明各项指标参数与人脑组织参数接近。脑室结构可见,可通过注射空气方式模拟脑疝模型。结论智能水凝胶材料可对人脑组织高度仿生,且有利于人脑解剖结构的整体成型制备。

透明超疏水材料的制备及其应用

超疏水材料由于其独特的非浸润性引起人们的广泛关注,近年来得到迅猛发展,各种适用于不同领域的功能性超疏水表面应运而生。其中,透明超疏水材料因其在光学领域的特殊贡献受到人们的青睐。透明疏水涂层技术对于实际应用具有重要的意义,透明涂层不仅可以满足光学器件防护的高透光率,还可以维持防护本体的基本外观,在自清洁、防污、防冰防雾、防腐蚀等领域都展示出广阔的应用前景。本文系统地阐述了超疏水表面以及其中功能性的透明超疏水表面的最新进展、表面的设计、制造和重要应用。尽管已经取得了重大进展,但是目前超疏水材料在耐久性方面还存在诸多问题,例如,容易被机械外力破坏、极端环境下表面的超疏水性质不稳定以及老化等问题,限制了透明疏水涂层技术的大范围应用。在未来的研究中,一方面继续丰富相关的理论知识,为透明疏水涂层技术的应用提供更多的理论支持,另一方面,提高涂层的透明度和机械耐久性能仍是未来研究的重中之重。

非表面活性剂溶胶凝胶法制备介孔干胶包埋活酵母

通过非表面活性剂溶胶凝胶法,采用海藻糖和甘油既作为保护剂又作为造孔剂,并使用羟乙基纤维素(HEC)作为添加剂以减轻凝胶过程中的收缩,成功地将酵母原位包埋在具有介孔结构的干胶中,维持了酵母的存活并探索了包埋酵母的代谢动力学与材料孔径参数改良的相关性.选择四乙氧基硅烷(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)共同作为前驱体,并将湿胶(含水量60%)转变为干胶(含水量10%)以增强材料,部分实现了游离酵母的抑制.通过单轴抗压强度测试说明干胶的单轴压缩强度整体上是湿胶的13倍,最低可达7.13 MPa.由平板计数法算得溶胶中的酵母浓度为1.5×108mL-1,折算成干胶粉末则为6.4×108g-1.通过对材料进行比表面积及孔隙分析和代谢动力学表征,发现了包埋酵母的代谢动力学与材料孔径参数的相关性.通过非表面活性剂法制得的干胶的比表面积可达800 m2g-1,孔体积可达0.44 cm3g-1,孔径可达2.7 nm.在此条件下,采用独立取样的统计方法,对无游离酵母的样品点进行代谢动力学表征,包埋酵母60 h内可以代谢掉发酵液中89%的葡萄糖.