汽车涂层样本单颗粒冲击破坏仿真分析

研究汽车涂层在冲击载荷下的破坏现象,对于预测涂层抗石击性能以及指导涂层结构设计和优化具有重要意义。建立了汽车涂层样本单颗粒冲击破坏有限元模型,使用自主开发的显式有限元求解器模拟汽车涂层冲击破坏过程。涂层层内破坏、基底与涂层界面分离破坏模式的仿真结果与试验结果的良好一致性,验证了仿真分析方法的有效性,揭示了涂层在冲击载荷下的层内破坏与界面分离破坏的失效机理。

P掺杂煤沥青基多孔炭的制备及对废水中广谱抗生素的吸附性能

以煤沥青为碳源,一水合次亚磷酸钠为磷源,氧化镁为模板耦合KOH活化,采用一步法制备了多孔炭(CPC_(x));并采用扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附仪、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等对炭材料进行了表征,考察了CPC_(x)对土霉素和氯霉素的吸附性能.结果表明,当煤沥青与磷源的质量比为2∶1时,制得的CPC_(2.0)总比表面积和微孔比表面积分别为2739和2353 m^(2)/g,平均孔径为3.78 nm;苯基吸收峰有所加深,出现新的P—O伸缩振动峰;碳材料表面的磷及磷构型中最稳定的C_(3)—P=O官能团含量分别达0.45%和37.7%(摩尔分数);Langmuir模型和拟二级动力学模型能更好地描述CPC_(2.0)对抗生素的吸附过程,CPC_(2.0)对土霉素和氯霉素的最大吸附容量分别为1780和1122 mg/g,表现出优异的吸附性能.

Cu(110)晶面催化还原CO_(2)制备甲酸机理的第一性原理研究

铜基催化剂是一种高效还原CO_(2)为甲酸的绿色催化剂,明确不同晶面的还原机理对催化剂的设计及开发具有重要指导意义,但Cu(110)晶面的催化机理尚不明确。采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对Cu(110)表面的还原机理进行了研究,系统研究了不同中间产物的吸附相关性质并探讨了相关的吸附机理。吸附能结果表明,CO_(2)在Cu(110)表面无法发生化学吸附,而^(*)COOH、^(*)HCOO、HCOOH分子和H原子的最稳定吸附位点分别为长桥位点、短桥位点、顶位点和HCP位点。布居数结果表明,^(*)HCOO和HCOOH分子在吸附过程中与Cu(110)表面的Cu原子形成离子键,H原子和Cu原子之间存在氢键作用,^(*)COOH分子中的C和Cu原子形成共价键。此外,电子态密度结果表明^(*)HCOO基团和Cu原子之间形成O—Cu键,^(*)COOH基团中的C和Cu原子形成C—Cu键,HCOOH分子中的O和Cu原子形成O—Cu键。相比于^(*)COOH/Cu(110)体系,^(*)HCOO/Cu(110)吸附体系的电荷密度、电荷转移量和成键能力均较强,说明CO_(2)在Cu(110)还原过程中中间体^(*)HCOO更稳定,合成路径属于更加高效的:CO_(2)→^(*)HCOO→HCOOH路径。

胺基改性壳聚糖吸附材料的制备及其对铀的吸附性能研究

研究了采用水热法制备壳聚糖微球(HTCC),再通过环氧化-胺化改性法制备胺基改性壳聚糖吸附材料(AHTCC)并用于吸附废水中的低浓度铀。利用红外光谱仪、元素分析仪、热重分析仪等对AHTCC的结构、组分和热稳定性进行表征,并考察了AHTCC对铀的吸附、解吸性能。结果表明:在pH=5~8条件下,AHTCC对溶液中铀的吸附效果较好;铀吸附平衡质量浓度为120 mg/L左右时,吸附量达最大,为151.6 mg/g;铀吸附速率在反应最初60 min较快,180 min时达到吸附平衡;以80 g/L Na_(2)CO_(3)+20 g/L NaHCO_(3)作解吸剂,铀解吸率为97.5%;对于含杂离子浓度较高的实际含铀废水,经AHTCC单次吸附,铀的去除率可达95.6%。

罗汉果籽吸附氟离子效果的不同预测模型研究

目的建立不同罗汉果籽吸附氟离子预测模型。方法以吸附量为评价指标,筛选影响吸附效果的因素。在单因素的基础上,通过响应面法(response surface methodology,RSM)优化吸附温度、接触时间、吸附剂投加量、氟离子初始质量浓度和溶液pH。以吸附温度、接触时间、吸附剂投加量、氟离子初始质量浓度和溶液pH作为输入参数构建基于反向传播人工神经网络(back propagation artificial neural network,BP-ANN)的吸附量预测模型。根据模型在预测集上的表现确定具体的输入参数,将优化隐含层神经元数的BP-ANN与其他学习模型[遗传算法(genetic algorithm,GA)]优化的模型对比。结果通过两种模型的决定系数(coefficient of determination,R^(2))、平均绝对误差(mean absolute error,MAE)、均方误差(mean square error,MSE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)值比较,得出GA-BP-ANN预测模型(R^(2)=0.92594)的预测效果较优于BP-ANN(R^(2)=0.88498)。结论相较于BP-ANN预测模型,经过优化后的GA-BP-ANN预测模型对吸附量的预测精度更高。GA-BP-ANN预测模型可为罗汉果籽吸附氟离子效果提供技术参考,去除水中氟离子效果较好。

氧化铋负载聚丙烯腈复合球体对溶液中碘的吸附性能研究

采用水热法和相转移法合成了易于实现固液分离的氧化铋负载聚丙烯腈复合球体,将其用于溶液中碘离子的吸附性能研究,详细探讨了氧化铋和聚丙烯腈的物质的量比、体系酸度、碘离子初始浓度等因素对碘离子吸附性能的影响。结果表明,当氧化铋和聚丙烯腈的物质的量比为2∶1时,合成的吸附剂吸附效果最佳,溶液pH为7.0时,吸附剂对碘离子的吸附在210 min可达吸附平衡,最大实验吸附容量为122.3 mg/g。Langmuir和准二级动力学模型可以较好地拟合该吸附过程,Langmuir拟合计算得到的理论吸附容量为135.7 mg/g,动力学拟合表明该吸附以化学过程为主,颗粒内扩散会对吸附速率产生较大影响。采用氯化钾溶液可以洗脱被吸附的碘离子,吸附洗脱实验结果表明氧化铋负载聚丙烯腈复合球体的重复使用性良好。

P507溶剂浸渍树脂吸附Ga(Ⅲ)的性能研究

溶剂浸渍树脂(SIRs)分离法兼具溶剂萃取与离子交换两种分离方法的优点,且树脂制备简单,可根据实际情况灵活选用不同的载体和萃取剂,有望实现镓绿色、高效的分离回收。本文以苯乙烯-二乙烯基苯大孔吸附树脂(代号:HZ818)为载体、2-乙基己基膦酸单2-乙基己基酯(代号:P507)为萃取剂,制备P507 SIRs,研究了该SIRs在H 2SO 4体系中吸附Ga(Ⅲ)的性能。静态吸附实验表明:298 K时,P507 SIRs对Ga(Ⅲ)的最佳吸附pH值为3.3,对应吸附量为13.7 mg·g^(-1);吸附平衡时间为14 h,动力学吸附过程可用拟二级动力学方程描述;等温吸附均符合Langmuir等温吸附模型。动态吸附实验表明:低流速有利于P507 SIRs对Ga(Ⅲ)充分吸附;1.5 mol·L^(-1)的HCl可以将吸附于P507 SIRs上的Ga(Ⅲ)完全洗脱;P507 SIRs对Ga(Ⅲ)循环吸附稳定性能有待提高。在Ga(Ⅲ)-Zn(Ⅱ)、Ga(Ⅲ)-Cu(Ⅱ)二元混合体系中,P507 SIRs对Ga(Ⅲ)具有较好的吸附选择性,通过控制溶液pH值可以实现Ga(Ⅲ)的分离富集;在含Fe(Ⅲ)的Ga(Ⅲ)-Fe(Ⅲ)二元体系和Ga(Ⅲ)-Zn(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)-Fe(Ⅲ)多元体系中,P507 SIRs对Fe(Ⅲ)表现出较好的吸附选择性,而对Ga(Ⅲ)吸附甚微,表明Fe(Ⅲ)的存在对P507 SIRs吸附Ga(Ⅲ)产生较大干扰。

功能化石墨烯对亚甲基蓝染料吸附的密度泛函理论研究

由于染料在食品,印刷,纺织等行业的广泛应用,水中的染料被广泛发现,染料污染是造成水污染的重要原因之一,因此,对于水中染料进行前处理变得尤为重要.石墨烯和功能化石墨烯的吸附性能可以被应用于水中染料的检测和去除.本研究采用密度泛函理论方法详细探讨了纯石墨烯和功能化石墨烯对亚甲基蓝有机染料污染物的吸附机理.研究结果表明,纯的石墨烯和功能化石墨烯表面对亚甲基蓝染料均有一定程度的吸附,其中环氧原子,羧基和羟基功能化的石墨烯对亚甲基蓝的吸附能力较纯石墨烯吸附能力强,其次是环氧,羧基和羟基三者共同功能化的石墨烯吸附能力最强.研究结果有望为石墨烯材料在有机染料的吸附应用方面提供有意义的理论指导.

HKUST-1颗粒对低浓度氙氪混合气体动态吸附分离性能的研究

低浓度放射性氙(Xe)和氪(Kr)混合气的吸附分离对于其核数据的准确测量以及核设施放射性废气的净化具有重要意义。本文采用聚乙烯醇作为粘结剂制备了HKUST-1颗粒样品。HKUST-1颗粒样品的抗压测试结果表明,其具有较高的抗压强度。HKUST-1粉末样品和颗粒样品的Xe(Kr)静态吸附数据表明,在0℃或25℃吸附温度下,HKUST-1粉末样品和颗粒样品低吸附压力下的Xe(Kr)吸附量、Xe(Kr)亨利系数以及Xe/Kr亨利选择性基本相同;造粒后颗粒样品的Xe(Kr)零点等量吸附热较造粒前减小。采用动态穿透曲线法研究了HKUST-1颗粒样品在25℃和100 kPa下分离低浓度Xe和Kr(Xe 50 ppm、Kr 50 ppm)的性能。结果表明,HKUST-1颗粒样品可实现低浓度的Xe/Kr分离,Xe穿透(c/c 0=0.02)时的Xe动态吸附量和相应的Xe/Kr动态吸附选择性随瞬时进样流量的增大而增大,Xe(Kr)饱和吸附量及相应的Xe/Kr动态吸附选择性在不同瞬时进样流量下基本保持不变。惠勒-琼斯方程对Xe穿透曲线初始部分(c/c 0≤0.02)的非线性拟合结果表明,该方程可用于预测Xe在HKUST-1颗粒吸附柱上穿透的初始阶段。

静态法和动态法评价活性炭分离低浓度Xe和Kr的性能

为获得高比活度的Xe测量源,开展了常温常压下CF-1450活性炭分离低浓度Xe和Kr的研究。利用液氮温度下N2的吸附脱附测试对CF-1450活性炭的孔结构进行了表征。结果表明,CF-1450活性炭的BET比表面积为1680 m^(2)/g,孔径分布以微孔为主。采用静态吸附法和混合气体动态吸附-脱附法研究了CF-1450活性炭常温常压下分离低浓度Xe和Kr的性能。在25℃时,CF-1450活性炭的Xe静态吸附容量为3.25 mmol/g,Kr静态吸附容量为1.30 mmol/g;Xe亨利系数为0.21 mmol/(g·kPa),Kr亨利系数为0.02 mmol/(g·kPa),Xe/Kr亨利选择性为10.5。在低压下,利用IAST法计算的Xe/Kr吸附选择性(y(Xe)∶y(Kr)=50∶50,y为混合气体中Xe、Kr的摩尔分数)为10.6。CF-1450活性炭对Xe和Kr的零点等量吸附热分别为35.7 kJ/mol和13.9 kJ/mol。基于CF-1450活性炭动态吸附分离和动态脱附分离低浓度Xe和Kr的研究结果,建立了常温常压下动态吸附-脱附法分离低浓度Xe和Kr的工艺流程,Xe回收率为79%,Kr去污因子为195。

磁性介孔碳负载羟基磷灰石的制备及对U(Ⅵ)的吸附性能

采用共沉淀法研究制备了不同质量比的磁性介孔碳(MMC)与羟基磷灰石(HAP)复合材料(MMC@HAP-x,x=1、4和6)并用于去除溶液中U(Ⅵ)。采用XRD、FT-IR、Zeta等方法表征了MMC、HAP和MMC@HAP-x的结构、功能基团及表面电位等理化性质。探讨了MMC@HAP-x吸附U(Ⅵ)的动力学、热力学及吸附机制。结果表明:MMC@HAP-x对U(Ⅵ)的吸附最佳pH均为4.0,达到吸附平衡所需时间均小于10 min,MMC@HAP-6的理论饱和吸附量可达1164.62 mg/g,且吸附过程是自发的化学吸附过程。U(Ⅵ)在MMC@HAP-x的固定是由于HAP与UO_(2)^(+2)相互作用形成了Ca(UO_(2))_(2)(PO_(4))_(2)·3H_(2)O。MMC@HAP-6是一种快速的铀吸附剂,有望用于放射性废水中铀的去除。

氨基功能化气相二氧化硅材料的制备及其吸附二氧化碳性能研究

采用等体积浸渍法制备了一系列不同聚乙烯亚胺(PEI)负载量的气相SiO_(2)作为CO_(2)吸附剂。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、红外光谱仪(FT-IR)和氮气物理吸附仪对吸附剂的组成结构、PEI实际负载量及热稳定性进行了表征。研究了PEI相对分子质量及负载量、环境温度对吸附剂吸附CO_(2)性能的影响,发现当PEI的相对分子质量为600、负载量为50%(质量分数)、温度为100℃时,50%-PEI(600)-SiO_(2)吸附剂对CO_(2)的吸附性能最优,吸附量可以达到130.6mg/g,且在5次循环后性能损失仅为4.8%,表现出了优异的循环性能。同时,该吸附剂成本低廉,在锂电池热失控烟气中CO_(2)吸附方面具有较好的应用前景。

本征及掺杂磷烯对2,3,7,8-TCDD吸附机理的计算模拟研究

2,3,7,8-四氯二苯并对二噁英(2,3,7,8-TCDD)是二噁英家族中危害人类和环境最显著的一种.设计一种高效,灵敏的吸附剂来检测和去除2,3,7,8-TCDD对人类和环境的影响是亟需解决的问题.本研究利用基于密度泛函理论(DFT)的计算模拟方法探索了本征磷烯对2,3,7,8-TCDD的吸附机理,并详细考察了掺杂Ti,Fe,Ca,Al金属原子后磷烯对2,3,7,8-TCDD吸附的影响.研究结果表明2,3,7,8-TCDD初始构型会影响磷烯对其吸附,当平躺于磷烯表面时有较大的吸附.而且掺杂金属原子的磷烯对2,3,7,8-TCDD的吸附也存在较大的影响,掺杂金属原子均增大了磷烯对2,3,7,8-TCDD的吸附,其中Ca掺杂磷烯>Fe掺杂磷烯>Ti掺杂磷烯>Al掺杂磷烯.研究结论对于2,3,7,8-TCDD的处理带来了新的思考方向,有望为二噁英的检测和去除提供有用的理论指导.

改性活性炭构建菌载体及其吸附玉米中黄曲霉毒素B1的工艺研究

旨在为生物处理黄曲霉毒素污染的粮食饲料提供技术支持,以活性炭(SH)为原料进行改性制备磁性活性炭(CSH),选用能高效降解黄曲霉毒素B1(AFB1)的芽孢杆菌属菌株WTX1与CSH载体共培养构建磁性菌载体(FCSH),脱除受污染玉米中的AFB1,对CSH进行BET比表面积、氮吸附-脱附等温线及其对AFB1的等温吸附曲线分析,考察FCSH构建条件和FCSH吸附条件对AFB1脱除效果的影响,并利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和扫描电镜对吸附AFB1前后的FCSH进行表征。结果表明:CSH为大孔结构,其对AFB1的等温吸附符合Freundlich方程;在固定化时间16 h、固定化转速和吸附转速160 r/min、固定化温度和吸附温度35℃、吸附pH 8、振荡时间48 h条件下,FCSH对AFB1脱除率为97.45%;通过FTIR及扫描电镜证实了FCSH对AFB1的吸附作用,且FCSH对AFB1的吸附效果强于CSH。综上,所制备的FCSH能高效脱除玉米中的AFB1。

Mo掺杂二维VS_(2)吸附有毒气体的理论研究

NO_(2)、NH_(3)、芥子气和沙林是具有代表性的化学毒剂,它们扩散快毒性强,因此实现学术界和工业界对它们的快速检测极为重要.本文使用密度泛函理论研究发现过渡金属Mo原子可以稳定掺杂在二维VS_(2)结构中的S空位上,且掺杂结构与NO_(2)、NH_(3)、沙林和芥子气之间具有较强的相互作用,进一步影响VS_(2)对NO_(2)、NH_(3)、沙林和芥子气的气敏性.本文通过吸附能、吸附距离、Mulliken电荷,差分电荷密度,能带图与态密度分析等进一步揭示了影响机理,并依据电导率、能带等计算结果对4种气体进行区分.因此Mo原子掺杂的VS_(2)结构可以有效吸附有毒气体,该研究可以为实验研究者提供充足的理论依据.

含乙醇胺三元低共熔溶剂吸收CO_(2)的研究

以氯化胆碱(ChCl)、甘油(Gly)、乙醇胺(MEA)为原料,制备了ChCl-Gly-MEA三元低共熔溶剂(DES),研究了其在室温和常压下对CO_(2)的吸收性能。在ChCl、Gly、MEA具有不同物质的量之比(1∶1∶4、1∶1∶6、1∶1∶8、1∶1∶10)的4种样品中,当ChCl、Gly、MEA物质的量之比为1∶1∶10时,CO_(2)的吸收量最大,每克DES中CO_(2)的吸收量为0.18 g。CO_(2)流速越高、含水量越低,则ChCl-Gly-MEA三元DES对CO_(2)的吸收量越大。ChCl-Gly-MEA三元DES对CO_(2)的吸收机理同时存在物理吸收和化学吸收,MEA的加入会显著提高其化学吸收作用。经5次吸收-解吸-再吸收后,ChCl-Gly-MEA三元DES仍保持97.3%的再生效率,说明ChCl-Gly-MEA三元DES具有良好的再生性。

基于三角芳香配体的金属有机框架对染料木素的吸附性能与机理

目的:提高染料木素的吸附率。方法:采用水热法合成2种含不同尺寸三角芳香配体的MOFs(MOF-808和PCN-777),通过系列表征确定MOFs的合成,比较其与线性二元羧酸配体构筑的MOF(UiO-66)对染料木素的吸附效果;考察孔隙特征、疏水性变化等对吸附性能的影响,利用X射线光电子能谱探究其吸附机理。结果:与线性配体构筑的UiO-66相比,三角芳香配体构筑的MOFs(MOF-808和PCN-777)的孔径分别从0.65 nm增大到1.81,3.55 nm,水接触角分别从47.91°增大到110.68°,128.23°。线性配体构筑的UiO-66对染料木素的吸附量为40.08 mg/g,吸附率为39.98%;而三角芳香配体构筑的MOFs(MOF-808和PCN-777)对染料木素的吸附量分别为61.80,81.75 mg/g,吸附率分别为61.63%,81.52%。结论:金属有机框架可用于染料木素的吸附富集,相较于线性配体,引入不同尺寸的三角芳香配体改变了MOFs孔径及疏水性,加强了MOFs的内部可及性并提供了更多吸附位点,从而提高了对染料木素的吸附效果。PCN-777对染料木素的吸附机理为金属螯合作用、π-π相互作用和疏水相互作用的协同。

TpBD-3COOH COF的制备及对废水中罗丹明B吸附性能研究

研究了以三醛基间苯三酚(Tp)、4,4-二氨基联苯-2,2-二羧酸(DBd)和联苯二胺(BD)为原料,通过溶剂热法制备新型羧基官能化的二维共价有机框架材料TpBD-3COOH COF,并用于吸附罗丹明B染料废水,采用XRD、FT-IR、SEM对其形貌进行了表征。结果表明:在pH=4、TpBD-3COOH COF用量8 mg、废水中罗丹明B质量浓度10 mg/L条件下吸附60 min,罗丹明B去除率可达95%;5次重复试验后,TpBD-3COOH COF对罗丹明B的去除率仍可达70%以上,且吸附过程与准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型相吻合。

EDTA-LDH/zeolite制备及其对重金属离子的吸附

用水热法和焙烧还原法两步合成了乙二胺四乙酸-水滑石/沸石(EDTA-LDH/zeolite)复合材料,并将其用于去除水溶液中的Cd^(2+)、Pb^(2+)、Cu^(2+),系统研究不同条件下EDTA-LDH/zeolite对单一及混合重金属离子溶液中Cd^(2+)、Pb^(2+)、Cu^(2+)的吸附效果与吸附机制。结果表明,当EDTA-LDH/zeolite投加量为0.05 g、重金属离子浓度为1500 mg/L、pH值为6.5、吸附时间为24 h时,EDTA-LDH/zeolite吸附性能最佳。重金属离子间存在竞争吸附,EDTA-LDH/zeolite对Cd^(2+)、Pb^(2+)、Cu^(2+)的最大吸附容量分别为65.33、98.35和108.51 mg/g。去除过程中沉淀作用、表面络合、螯合反应等多种机制协同作用,去除行为均符合Langmuir等温模型与拟二阶动力学模型。

4A分子筛负载Ce和γ-Fe_(2)O_(3)去除水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的研究

为深度处理水中的三价锑[Sb(Ⅲ)]和五价锑[Sb(Ⅴ)],采用共沉淀法合成铈(Ce)、铁(γ-Fe_(2)O_(3))负载的4A分子筛新型吸附剂(4A@Ce-Fe)。Ce和γ-Fe_(2)O_(3)的负载显著提高了4A分子筛对锑的吸附能力,当铈铁质量比为1∶3、p H=7.0时,4A@Ce-Fe对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的最大吸附容量分别为50.50 mg/g和10.03 mg/g。4A@Ce-Fe的饱和磁化强度为23.70 emu/g,有良好的磁分离性能。Langmuir等温线模型可以更好地拟合Sb(Ⅲ)的吸附,而Langmuir和Freundlich两种等温线模型都能很好地拟合Sb(Ⅴ)的吸附。吸附动力学数据拟合表明,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附更符合准二级动力学模型。4A@Ce-Fe在初始pH为4.0~10.0时有较好的吸附效果,Ce、Fe几乎没有溶出;共存Cl^(-)、SO_(4)^(2-)和NO_(3)^(-)对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附效果影响较小,而共存HCO_(3)^(-)和H_(2)PO_(4)^(-)的影响则较大。XRD、SEM、BET、FTIR、XPS等测试结果表明,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)在4A@Ce-Fe上可能的吸附机理包括离子交换、表面络合和氧化还原反应,其中M—O—Sb配合物的形成对Sb的吸附起主要作用。