水基炭黑-胶原蛋白纳米流体制备及稳定性实验

纳米流体由于其优异的光热转换性能,已成为新型太阳能集热介质的研究重点;但因其稳定性差、制备工艺复杂,未能在实际应用中得到推广。本文以去离子水为基液,通过两步法制备炭黑-胶原蛋白纳米流体。探究了材料添加顺序、胶原蛋白种类、超声时间、材料配比以及溶液pH等对纳米流体稳定性的影响。结果表明,制备水基炭黑-胶原蛋白纳米流体时,先分散炭黑再加入胶原蛋白可以提高其稳定性;猪皮胶原蛋白更适用于炭黑-胶原蛋白纳米流体的制备;超声45min,炭黑胶原蛋白质量配比为1/20,悬浮液pH在6.5~7.5之间制备得到的纳米流体稳定性较好。本研究有助于今后水基炭黑-胶原蛋白纳米流体产业化应用于太阳能光热转换领域。

炭黑/废纸导电纤维的制备及其在聚丙烯中的应用

利用多巴胺氧化自聚合将炭黑粘附到废纸纤维表面,制备了炭黑/废纸柔性导电纤维,分析了炭黑含量对纤维导电性能的影响,然后,将该导电纤维与聚丙烯熔融共混制备复合材料,分析了导电纤维添加量对复合材料导电和力学性能的影响。结果表明,聚多巴胺将炭黑均匀粘附在废纸纤维表面,纤维的电阻率随着炭黑含量增加而逐渐降低,当炭黑含量为15%时,废纸纤维的电阻率logρ下降至2.16Ω·cm。柔性导电纤维能更好地控制聚丙烯复合材料电导率降低幅度,当纤维添加量为15%(炭黑含量为2.27%)时,复合材料的表面电阻率为3.71×10^(10)Ω,体积电阻率为2.45×10^(11)Ω·cm,能达到抗静电级别。此时,复合材料的弹性模量和拉伸强度分别为565.65和17.01 MPa,模量提高了1.07%,但强度降低了32.82%。

复掺钢纤维-纳米炭黑混凝土力学性能的研究及优化

对复掺钢纤维-纳米炭黑混凝土进行立方体抗压试验、劈裂抗拉试验和抗折试验,并对试验结果进行极差分析、层次分析、因素指标分析和线性回归分析。结果表明:钢纤维类型对混凝土拉压比、折压比的影响最大;随着钢纤维质量分数的增加,混凝土拉压比和折压比均出现了先升高后下降的现象,纳米炭黑质量分数的增加对混凝土强度比没有显著的提升效果。在拉压比方面,混凝土最优配合比为钢纤维类型SF-A(剪切型),钢纤维质量分数0.40%、纳米炭黑质量分数0.75%;在折压比方面,最优组合为钢纤维类型SF-A(剪切型),钢纤维质量分数0.60%、纳米炭黑质量分数1.00%,并且得到的线性回归模型可以在本文所选取的范围内对折压比和拉压比进行预测。

ATPB超分散剂的合成及其在ABS/炭黑复合体系中的应用

以端羟基聚丁二烯和N,N-二甲基氨基丙胺为原料,采用两步亲核取代反应制备了含有聚丁二烯骨架和胺基末端结构的端胺基聚丁二烯(ATPB),利用傅里叶变换红外光谱仪、核磁共振氢谱仪表征其分子结构,结果表明,ATPB成功合成并达到预期分子结构。以ATPB为超分散剂,制备了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(ABS)和炭黑的复合材料,测试炭黑分散度、分散稳定性和复合材料力学性能。结果表明,合成的ATPB超分散剂对炭黑具有明显的分散效果和较好的分散稳定性,与未经分散的炭黑相比,体系分散度提高了65.8%。复合材料力学性能得到增强,拉伸、弯曲强度分别提升至45.56、78.31 MPa,冲击强度提高了15.7%,其值为7.50 kJ/m^(2)。

废轮胎裂解炭黑在能源存储及转换中的应用进展

全球每年大量报废的废轮胎产生引起严重的资源浪费和环境污染等问题,热裂解作为废轮胎高效的最终处理方式之一获得了广泛的应用。裂解炭黑作为废轮胎裂解主要副产物,它的高值化利用有利于推动废轮胎裂解行业健康发展和价值链提升。该裂解炭黑含有高达75%~81%的无定形碳,经过纯化(除灰分)和改性处理可获得具有与商品炭黑导电性相当的多孔碳材料,在能源存储和能源转换方面有着日益重要的应用。本文结合废轮胎裂解炭黑纯化方法以及改性方式,主要围绕裂解炭黑在超级电容器、二次电池和电催化等方面的研究进展,对裂解炭黑资源化研究和应用现状等进行综述分析。

炭黑负载增加活性炭缺陷位点催化甲烷裂解制氢机理研究

在“双碳”目标时代背景下,甲烷催化裂解制氢因无CO_(2)排放被认为是一种很有前途的高纯制氢技术。其中针对碳基催化剂改性的研究是一大关注热点。为提高活性炭(Activated Carbon,AC)催化剂的稳定性,提出了以椰壳活性炭负载科琴黑炭黑(Carbon Black,CB)制备的新型催化剂,并对其进行了表征测试分析、催化甲烷裂解实验以及分子模拟计算。实验结果表明:分散剂使用1 g、AC和CB质量配比8∶2时制备的催化剂具有较好的催化性能,反应温度在1000℃时初始活性高达85%以上,延缓失活15 min,反应中期甲烷转化率比AC最高提升8%左右。这是因为CB负载在AC表面经反应生成具有缺陷位点的沉积碳。分子模拟计算结果显示,主要是拓扑缺陷的存在使得其s、p轨道非局域性增大,提高其甲烷吸附性能,促进反应进行。同时,AC表面的微孔以及羧基、羰基、羟基等含氧官能团也对甲烷分子的吸附有不同程度的促进作用。孔径为0.8 nm时吸附热最大,这意味着微孔的存在有利于甲烷在AC上吸附,特别是小微孔;3种官能团均可以促进甲烷在AC表面的吸附,其中羧基促进作用更好,羰基和羟基效果相差不大。

白炭黑/炭黑混合填料补强仿生橡胶的性能

白炭黑/炭黑混合填料是近年来发展最快的一种新型橡胶材料补强剂,主要用来改善橡胶材料的动态性能.为了探究混合填料比例和密炼工艺对仿生橡胶动静态力学性能的影响机制,设计了两组实验:(1)固定密炼时间为6 min,采用不同混合比例的白炭黑/炭黑填料填充仿生橡胶,并对其分散、拉伸、疲劳及滚动阻力等性能进行系统研究.结果表明,当白炭黑在填料中的质量分数<50%时,随着白炭黑质量分数的增加,硫化胶拉伸强度显著下降,这是由于混合填料引起的分子链最大交联程度下降所致.进一步增加白炭黑含量,硫化胶的拉伸性能变化不明显,但分散等级由约1级提升至约9级,填料团聚体尺寸的减小使硫化胶的断裂伸长率和伸张疲劳寿命显著提高.(2)在固定混合比(填料中白炭黑的质量分数为75%)条件下,研究了密炼时间对硫化胶动静态力学性能的影响.结果表明,在2~10 min密炼时间范围内, 4 min密炼即显著提升拉伸强度、 300%定伸应力以及断裂伸长率,同时降低滚动阻力.主要原因是此时分子链的最大交联程度较大,分散等级和分散度较高.进一步延长密炼时间(6~10 min),填料在橡胶中易发生重新聚集,聚集体平均粒径增大且分散度下降,对橡胶的动静态性能会产生负面影响.

碳源对反应烧结碳化硅性能的影响

以炭黑和石墨为碳源,控制碳添加量为10%(质量分数,下同),研究了不同炭黑、石墨比例对反应烧结碳化硅性能的影响。结果表明,当炭黑添加量为4%、石墨添加量为6%时,反应烧结碳化硅的力学性能较佳,此时抗弯强度为251.7 MPa,断裂韧性为4.29 MPa·m^(1/2)。通过XRD检测及对XRD谱进行Rietveld精修,分析发现炭黑添加量为4%、石墨添加量为6%的反应烧结碳化硅中的游离Si含量为24.44%(质量分数),而石墨添加量为10%的反应烧结碳化硅中的游离Si含量为28.57%(质量分数),相比前者游离Si含量较高,减少游离Si的含量可以提高反应烧结碳化硅的力学性能。

光热双响应形状记忆聚氨酯/炭黑纳米复合材料的制备及性能研究

选用聚己内酯为预聚物,炭黑(CB)纳米颗粒作为光响应功能性填料,通过溶液聚合制备了一种光热双响应形状记忆聚氨酯(SMPU)/CB纳米复合材料。利用IR、SEM、DSC和DMA对其结构、形貌、热学性能和形状记忆性能进行表征。研究结果表明,SMPU/CB纳米复合材料展示出优异的形状记忆性能,其形状固定率和形状回复率均在97%以上。此外,由于CB的光热效应,SMPU/CB纳米复合材料在红外光的照射下具有快的响应速度及大的弯曲变形角度,在航空航天、智能驱动等领域具有潜在的应用前景。

支座用石墨烯/导电炭黑橡胶材料的制备与性能

以石墨烯和特制导电炭黑为功能填料,溴化丁基橡胶(BIIR)为基胶,制备出阻尼性能较好的导电橡胶材料.针对石墨烯/导电炭黑10种不同的组分,开展了力学性能、动态力学性能与电阻率测试实验,探究了加入石墨烯与导电炭黑对BIIR性能的影响规律.结果表明,导电炭黑对BIIR材料有补强效果,石墨烯/导电炭黑协同并用可以有效提高BIIR的阻尼性能与导电性能.在每100 g总胶料中添加40 g导电炭黑时,BIIR/导电炭黑复合材料的拉伸强度与撕裂强度分别达到20.28 MPa和45.66 kN/m.当导电炭黑和石墨烯并用组分的质量比为40∶10时,BIIR/导电炭黑/石墨烯复合橡胶材料最大损耗因子提升至0.5,电阻率为3 646Ω·cm.复合材料的导电炭黑和石墨烯组分最优质量比为40∶5.制备得到的新型复合材料具有较好的力学性能、阻尼性能与导电性能,可为隔震支座用高阻尼导电橡胶的制备提供参考.

鄂东南湖泊水体中颗粒态黑碳分布特征与来源分析——以磁湖为例

在地球水生态系统中,颗粒态黑碳(particulate black carbon,PBC)是颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)的重要组成部分.采用热光反射法对黄石磁湖POC、PBC及其组分(焦炭和烟炱)的含量水平、空间分布特征及可能来源进行了研究.结果表明,磁湖水体中POC、PBC、焦炭(char)和烟炱(soot)含量变化范围分别为2899.38—5622.80、 235.01—800.08、 24.41—310.23、 130.09—544.72μg·L^(-1),平均含量分别为3903.84、377.25、155.52、272.65μg·L^(-1),呈现较大的空间分布差异.PBC/POC的变化范围在6.89%—18.32%之间,平均值为10.92%,说明城市湖泊水体中PBC对POC含量积累的贡献较大. soot/PBC的变化范围为45.92%—89.61%,平均值为63.95%. PBC、char与soot含量和PBC/POC比值的空间变异性与环湖周边区域的道路交通和工业布局有关,且南半湖受交通污染和工业排放的影响更大. PBC与POC、char和soot含量均呈正相关,且PBC与soot的相关系数(r=0.81,P<0.01)高于char(r=0.72,P<0.01),说明磁湖水体中soot对PBC的贡献更大. char/soot比值分析结果表明,磁湖水体中PBC主要受到交通污染源和燃煤等人类活动的影响.

华北地区南部城市秋冬季黑碳来源解析——基于改进后的黑碳仪模型

为分析华北地区南部城市漯河市秋冬季黑碳(BC)浓度和来源的变化特征,使用7波段黑碳仪(AE33)于2022年9月1日~2023年2月28日在漯河市测量BC浓度,并使用改进后的钾离子动态约束黑碳仪模型进行源解析.此外,对元旦及春节期间烟花爆竹燃放对eBCEC和K^(+)的影响进行分析,以期对华北南部城市的BC污染控制提供合理的建议.结果表明,漯河市秋冬季eBCEC平均浓度为3.62μg/m^(3),冬季浓度(5.17μg/m^(3))约为秋季浓度(2.15μg/m^(3))的2.4倍.eBCEC昼夜浓度变化呈双峰型,峰值出现在8:00和21:00.使用改进后的黑碳仪模型解析出秋冬季BC主要来自化石燃料燃烧的贡献(74.69%±15.63%),其次为生物质燃烧贡献(25.31%±15.63%),控制化石燃料燃烧源对BC污染的改善更加有效.元旦、元宵节和春节等烟花爆竹燃放时段eBCEC的浓度均值分别为11.45、8.42和8.12μg/m^(3),分别为非烟花爆竹时段的2.6、1.9和1.8倍;春节、元宵节和元旦烟花爆竹燃放时段K^(+)浓度分别为26.11、16.23和5.79μg/m^(3),分别为非烟花爆竹时段的6.9、6.3和3.6倍;烟花爆竹燃放时段K^(+)浓度增幅明显高于eBCEC,会对约束模型结果造成干扰,建议使用该模型时剔除烟花爆竹燃放时段的数据.

臭氧改性炭黑/天然橡胶湿法混炼复合材料的性能研究

通过臭氧改性炭黑的亲水性,研究臭氧改性炭黑/天然橡胶湿法混炼复合材料的性能。结果表明:与炭黑相比,臭氧改性炭黑的表面含氧官能团增加,亲水性增强,更适用于天然橡胶复合材料的湿法混炼工艺;当臭氧改性炭黑浆液的质量分数为0.08时,复合材料的耐磨性能大幅提升,滚动阻力降低,综合性能较优。

湿法连续混炼工艺炭黑/天然橡胶复合材料的制备及性能研究

采用湿法连续混炼工艺制备炭黑/天然橡胶(NR)复合材料,并与传统干法混炼工艺相比,研究复合材料的性能和炭黑在复合材料中的分散性。结果表明:湿法工艺与连续混炼工艺结合,可实现复合材料的绿色环保混炼;与干法混炼工艺混炼胶相比,湿法连续混炼工艺混炼胶的门尼粘度增大,t90缩短;与传统干法混炼工艺硫化胶相比,湿法连续混炼工艺硫化胶的拉伸强度、耐磨性能和抗切割性能提高,Payne效应和60℃时的损耗因子减小,即其综合物理性能优异;湿法连续混炼工艺硫化胶的炭黑分散较为均匀,未出现大团聚体,炭黑分散等级X为7.9,平均团聚尺寸为3.4μm。

水性苯丙吸波涂层的制备与性能研究

吸波涂料是一种能够吸收和衰减入射电磁波的功能涂料,而水性吸波涂料更具有环保健康的特点。选择炭黑和羰基铁粉作为复合吸波剂,加入水性苯丙乳液中制备成本较低的复合吸波涂层。首先测试了炭黑和羰基铁粉的电磁参数,并计算得出成分为12%炭黑和70%羰基铁粉,厚度为2mm时吸波性能最佳,反射损耗优于-5dB的有效吸收频宽达到9.9GHz,反射损耗峰值达到-28.6dB。然后制备了含12%炭黑和70%羰基铁粉,厚度为2mm的苯丙吸波涂层,测试分析了苯丙吸波涂层的吸波性能以及涂料相关性能。

混炼工艺对炭黑/天然橡胶复合材料性能的影响

选用干法密炼机混炼、湿法开炼机混炼、湿法密炼机混炼和湿法连续混炼四种混炼工艺,通过测定硫化特性、物理机械性能、动态力学性能和炭黑分散度等探究不同混炼工艺对炭黑/天然橡胶复合材料性能的影响。结果表明,湿法混炼胶的综合性能优于干法混炼胶,湿法连续混炼工艺制备的混炼胶的性能最佳,同时提高了混炼各个工序之间的连续性和自动化程度。

高性能氯丁橡胶基动态密封材料的生胶和补强体系优化

为了提高氯丁橡胶(CR)基动态密封材料的综合性能,通过改变生胶和补强体系,考察了并用顺丁橡胶(BR)和白炭黑对材料耐疲劳性、耐老化性、耐磨性和弹性等主要性能指标的影响。结果表明,并用BR后,胶料硫化速率、拉断伸长率、回弹性、耐磨性以及动态疲劳性能均有改善,但撕裂强度、耐热空气老化性能变差,CR与BR的最佳并用质量比为70/30;并用白炭黑后,胶料的拉伸强度、撕裂强度、硬度、定伸应力、耐磨性提高,但回弹性、耐疲劳性能降低,炭黑与白炭黑并用质量比为20/20时,胶料的综合性能最佳。

南昌前湖区域黑碳的分布特征与光学特性

2020年12月—2021年12月,对南昌市前湖区域大气中黑碳(BC)进行连续观测,研究BC的分布特征与光学特性.结果显示,南昌前湖区域eBC浓度2021年均值为(1.93±1.13)μg·m^(-3),有明显的季节变化,冬季最高(2.10±1.28)μg·m-3,春季最低(1.69±1.14)μg·m^(-3);eBC浓度日分布表现为明显的双峰特征,峰值出现在07:00—09:00和22:00—23:00.BC吸收系数、大气消光系数年均值为18.42、137.67 Mm^(-1).eBC与NO_(2)的相关性强于eBC与SO_(2)、CO、O_(3)的相关性,反映区域内BC受机动车尾气影响显著.eBC与风速呈负显著性相关(*P<0.05),eBC与气象因子相关性按从大到小顺序为风速>温度>相对湿度,较大的风速更利于BC的扩散稀释.本文研究结果可为区域碳气溶胶的污染防控及其辐射强迫的科学评估提供参考依据和数据支撑.

“碳中和”目标下海洋黑碳的源汇过程及其意义

黑碳是由生物质和化石燃料不完全燃烧生成的碳质混合物。由于黑碳含碳量高,具有芳构化的分子结构,可在自然环境中长期存在,因此黑碳是全球碳循环的重要组分。虽然近年来有关黑碳的性质以及黑碳在地球各圈层中的循环通量及储量的研究取得了一定的进展,但仍需进一步厘清其源汇过程,探讨黑碳在全球碳循环中的作用。初步梳理了全球黑碳循环的路径、通量、时间尺度的相关数据,分析总结了海洋黑碳源汇过程中的迁移机制及相关制约因素。分析认为:海洋沉积物是黑碳的巨大储库,储量达569~1380 Pg,黑碳可在海洋沉积物中持续存在数千年,符合当前“碳中和”背景下“有效碳汇”长周转时间这一重要条件;同时,黑碳在环境中的周转循环时间一般长于生物质碳,对全球变暖具有负反馈效应。因此,黑碳入海沉积是一种有效的海洋碳增汇和碳封存手段,可能是实施碳的捕集、利用和封存(CCUS)战略的有效途径。通过总结与评估海洋沉积物中的黑碳在“碳中和”领域的战略价值和气候意义,认为在生态环境友好的前提下,应积极调控生物质燃烧成因的黑碳的生产源头,优化黑碳入海沉积路径和埋藏海域,充分发挥黑碳在海洋负排放中的积极作用,为我国海洋“碳中和”目标的实现提供基础理论支撑。

老化黑碳颗粒诱导人神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y炎症反应及机制

以人神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y为研究对象,分析被臭氧氧化的黑碳(oxidized black carbon,OBC)颗粒引起的炎症反应以及核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)和磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB,又称Akt)信号通路的作用.结果显示:随着OBC颗粒染毒质量浓度的增加(5、10、20、40µg/mL),细胞内线粒体跨膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP)水平逐渐下降,DNA损伤程度逐渐升高,呈现质量浓度和时间依赖性;细胞外泌白细胞介素-4(interleukin-4,IL-4)水平升高和细胞内肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)基因高表达,说明OBC颗粒会促进SH-SY5Y细胞发生炎症反应;细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平升高,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)基因表达量升高,且HO-1蛋白水平升高,说明细胞发生氧化应激;胞内NF-κB和PI3K/Akt通路相关蛋白显著变化,表明OBC颗粒激活了NF-κB和PI3K/Akt信号通路.综上,OBC颗粒可诱导SH-SY5Y细胞发生氧化应激造成DNA损伤,促进炎症反应,且对NF-κB和PI3K/Akt信号通路有重要调控作用.