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。

基于GA-BP神经网络模型预测水基炭黑-胶原蛋白纳米流体热导率和黏度

纳米流体由于其独特的强化传热性能,已广泛应用于各个领域。而热导率和黏度直接影响纳米流体在实际工程中的适用性,因此在考察纳米流体的强化传热特性前首先要分析研究其热导率和黏度。本研究利用炭黑和胶原蛋白,采用两步法制备了水基炭黑胶原蛋白纳米流体。实验分析了炭黑和胶原蛋白质量分数、温度对纳米流体热导率和黏度的影响。采用灰色关联方法对这些参数的权重进行了数学计算,基于实验数据建立了三输入两输出的BP神经网络预测模型,并利用遗传算法(GA)对BP模型进行优化。结果表明,遗传算法优化后的BP神经网络模型对预测输出具有更高的准确性和更好的稳定性,回归系数和最大偏差分别为0.99918和0.002。本研究不仅对于理解和控制水基炭黑-胶原蛋白纳米流体的热物理性能有重要意义,而且为工程设计和材料科学等方面的应用提供了新思路。

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。

黑色页岩有机质富集程度与古气候的关系:以中上扬子五峰—龙马溪组页岩为例

黑色页岩有机质富集程度与古气候的关系相关研究相对较少,且基本一致地认为,古气候越温暖潮湿,初级生产力高,越有利于有机质的富集。然而,这一认识和现代环境科学中的固碳规律是矛盾的。因此,有必要充分结合现代环境科学、生态学,将今论古,分析有机碳埋藏的特征,深入探讨气候对固碳作用的影响。研究方法是对现代土壤、湿地及海洋中的固碳情况,从全球尺度和局部尺度上进行分析,以把握固碳效率与气候的关系。得出的结论是,固碳效率高的地区主要为寒温带,对应的是初级生产力较低的地区;而中低纬度温带、热带初级生产力高的地区,则表现出较低的固碳效率;气温对黑色页岩有机质富集程度的控制远大于氧化还原条件;中上扬子地区五峰—龙马溪组黑色页岩发育于地球第三次大冰期,对应冷湿气候带,为海退背景下的低盐度潟湖环境,对应为低初级生产力;古气候变化所引发的寒温带的纬向滑移控制了页岩油气与煤的分布。

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%。

含不同官能团溶聚丁苯橡胶与炭黑和白炭黑复合材料的性能

通过官能化引发剂合成改性溶聚丁苯橡胶Sn-SSBR和Si-SSBR,分别与炭黑和白炭黑进行复配,采用密炼过程控制仪、填料分散仪,橡胶加工分析仪、无转子硫化仪和动态热力学分析仪等对复合材料混炼过程能耗、温升、混炼胶门尼黏度,硫化胶物理机械性能和动态性能进行了研究。结果表明,Sn-SSBR比Si-SSBR更容易与炭黑亲和,表现为前者与炭黑混合过程的加工能量损耗小,混炼胶门尼黏度低,综合物理机械性能好,具有更好的高抗湿滑和低滚动阻力的平衡性;而后者更容易与白炭黑亲和,表现为白炭黑在其中分散更均匀,具有更好的低滚动阻力性能;两者均可用作绿色轮胎胎面胶。

圆珠笔笔芯脂的设计开发与性能评价

随着我国圆珠笔产能的不断提升,我国已逐渐成为世界公认的制笔大国。在国家有关部门及相关政策的大力扶持下,圆珠笔墨水和配件加工技术等阻碍我国圆珠笔行业自主化发展的技术壁垒逐步被打破,然而现阶段国内关于笔芯脂的研究仍处于起步阶段,中高端笔芯脂产品仍主要依赖于国外进口。为此,采用无机稠化剂和硅油基础油为原料,并辅以一定的改性剂增强其稳定性,研制出一款高性能笔芯脂产品,相较于国外某高端笔芯脂产品具有更好的高低温性、抗挥发性、黏温性和储存稳定性,通过装笔测试对其使用性能进行全面评价,研制的笔芯脂表现出良好的高低温稳定性、耐冲击性和书写随动性,能够全面满足圆珠笔的使用要求.

炭黑对CMDB推进剂燃烧性能的影响

采用燃烧–靶线法分析了炭黑的种类、含量及粒径对复合改性双基(CMDB)推进剂燃烧性能的影响。结果表明:在压强为1~8MPa时,添加炭黑可以提高推进剂的燃速,Y1炭黑可以有效减小推进剂配方的压强指数;当Y1炭黑在推进剂配方中含量较低时,推进剂样品在压强为3~8MPa时具有平台燃烧特性,小粒径的Y1炭黑有利于推进剂配方压强指数的降低。

可持续炭黑在风电弹性支撑产品中的应用

研究了可持续炭黑理化特性及其对胶料力学性能的影响,探讨了其应用的可行性。结果表明,可持续炭黑C210、C215与国标炭黑N330、N550的理化特性及力学性能基本一致,可持续炭黑C8000挥发分和灰分含量较高,拉伸强度略高于N550,动态性能优于C210及C215,3种可持续炭黑质量稳定,所设计的低碳配方及产品性能满足技术要求。

东北半干旱黑土区玉米秸秆还田方式对土壤水溶性有机碳含量及其组分的影响

为明确不同秸秆还田方式下土壤有机碳组分的变化特征,基于6 a秸秆还田长期定位试验,利用三维荧光光谱技术,对无秸秆还田(CK)、秸秆覆盖还田(FG)、秸秆翻埋还田(FM)处理下土壤有机碳(SOC)含量及水溶性有机碳(WSOC)含量及其结构特征进行分析。结果表明:(1)与CK相比,FM处理0~40 cm土层SOC含量提高7.87%~29.54%,FG处理0~30 cm土层SOC含量增加1.91%~18.61%,30~40 cm土层SOC含量降低7.67%;FM和FG处理0~40 cm土层土壤WSOC含量分别提升13.42%~39.42%和0.28%~26.34%。(2)通过WSOC三维荧光光谱发现,各土层CK(Ex/Em=300/34、Ex/Em=300/340、Ex/Em=240/340、Ex/Em=300/340)处理WSOC荧光特征峰为溶解性微生物代谢产物和类色氨酸蛋白质物质荧光峰;FM(Ex/Em=340/430、Ex/Em=340/430、Ex/Em=340/435、Ex/Em=340/435)和FG(Ex/Em=270/440、Ex/Em=270/435、Ex/Em=340/435、Ex/Em=340/430)处理为类腐殖酸类物质荧光特征峰,腐殖化程度较高,结构较为复杂;荧光区域积分表明,FM和FG处理类腐殖酸类物质(Ⅴ)和富里酸类物质(Ⅲ)的积分百分比分别较CK增加12.18%~27.39%、11.98%~30.72%和3.96%~5.73%、2.99%~5.40%。(3)土壤WSOC包含两个组分,C1(Ex/Em=340/435,270/435)组分为类腐殖酸类物质,C2(Ex/Em=290/345,240/345)组分为溶解性微生物代谢产物和类色氨酸蛋白质物质;F max值结果表明,0~40 cm土层的C1组分相对含量表现为FM>FG>CK,表明秸秆翻埋还田更有助于土壤中营养物质含量增加和形成更高分子量的有机物。综上,不同秸秆还田方式均可提升SOC和土壤WSOC含量,增加腐殖化程度,加强土壤的供肥能力,翻埋还田处理提升作用更为显著。

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)。

低速二冲程船舶柴油机燃用不同燃料的黑碳排放特性

为了探究船舶柴油机燃用不同燃料的黑碳排放特性,对一台低速二冲程船舶柴油机进行稳态工况试验,试验中使用了轻柴油(D100)、生物柴油(Bio50、Bio30、Bio10)、低硫重油(Low Sulfur Fuel Oil,LSFO)以及高硫重油(High Sulfur Fuel Oil,HSFO)共6种燃料。结果表明,燃用D100以及生物柴油时,黑碳排放浓度相较燃用重油时显著降低,并且随着生物柴油掺混比例的增加,减排效果愈明显,最大加权下降率达到了80%;燃用重油时,在中高负荷工况下,滤纸式烟度计的测量值明显高于声光式烟度计,二者的最大相对偏差达到了40%以上;随着负荷上升,黑碳排放浓度逐渐降低,NOx排放浓度升高,CO排放浓度下降。燃用生物柴油时,NOx排放浓度相较其余燃料更高,而CO排放浓度相对更低;燃用生物柴油时,缸内最大爆发压力明显高于其余燃料,缸压曲线面心前移说明此时燃料燃烧放热迅速,能量转换效率高,但由于生物柴油的净热值较低,故使用生物柴油时,燃油消耗率偏高。本文研究结果可为船舶黑碳减排技术的研发与相关排放法规的制定提供参考。

考虑碳排放约束的耕地利用生态效率时空差异与影响因素分析——以东北黑土区29个地级市为例

为保障粮食安全,促进东北黑土区农业低碳发展,推动黑土区农业绿色高质量发展和区域协同发展提供参考。以耕作过程产生的碳排放量作为非期望产出约束,利用超效率EBM模型对2007—2021年东北黑土区耕地利用生态效率进行有效测度,进一步采用Malmquist指数模型和Tobit回归模型探究考虑碳排放约束的东北黑土区耕地利用生态效率时空差异与影响因素。结果表明:①考虑碳排放约束条件的东北黑土区耕地利用生态效率整体上呈先上升后下降再上升的“N”型态势,东北黑土区四省中黑龙江省是唯一相对有效省份,29个地级市中未达到有效状态城市占72.4%;②碳排放约束条件的耕地利用生态效率损失是投入、非期望产出冗余和期望产出不足导致的,同时技术进步变化对生产率的影响更显著;③东北黑土区耕地利用生态效率受资源禀赋、环境规制水平和政府支持力度的显著影响。基于上述研究,为提高黑土区耕地利用生态效率,应考虑黑土地的自然、生产和生态特性,优化投入结构、提高农业现代化水平、制定可持续耕地利用绿色降碳减排的发展规划。

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。

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.

炭黑N330用量对天然橡胶阻尼性能的影响

研究炭黑N330用量对天然橡胶(NR)阻尼性能的影响。结果表明:随着炭黑用量的增大,NR混炼胶的FL,Fmax和Fmax-FL增大,t90缩短;NR硫化胶的邵尔A型硬度、100%定伸应力、300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度增大,拉断伸长率和回弹值减小;NR硫化胶低温下的损耗因子(tanδ)峰值减小,高温下的tanδ呈增大趋势。随着温度的升高,NR硫化胶的tanδ减小,且炭黑N330用量大的NR硫化胶的tanδ减小速率大于炭黑N330用量小的NR硫化胶,表明高温下炭黑N330用量大的NR硫化胶的阻尼性能对温度变化更敏感。随着炭黑N330用量的增大,NR硫化胶的静刚度和动/静刚度比都增大,表明炭黑N330用量增大对NR硫化胶的阻尼性能有提升作用。

变化蜂巢织物基压力传感器的制备及性能研究

为改善织物基柔性压力传感器的灵敏度、响应性和稳定性,通过机织结构设计将微结构引入棉织物中,织造了具有圆顶形微表面结构的变化蜂巢组织织物。以变化蜂巢织物、炭黑(CB)和聚乙烯醇(PVA)为原料,采用浸烘法制备了不同的传感织物。测试了炭黑质量分数与传感器电阻的关系,并对制备的传感器结构形貌和力学传感性能进行表征,探讨其在人体运动监测中的应用。结果表明:在炭黑质量分数为5%时,传感器电阻降至20 kΩ/cm,制备的传感器具有较高的灵敏度,较小的迟滞性,在不同压力和压缩速率条件下均能保持良好的稳定性、重复性及耐用性。认为:制备的传感器可以应用于人体运动监测,包括手指按压、指关节、手腕和肘关节弯曲运动等。

乙烯基非交联电缆屏蔽料性能与分散剂含量关系研究

非交联绝缘材料具有优异的电气机械性能,同时生产能耗少、可回收利用,成为目前电缆绝缘料的研究热点,但与之匹配的非交联半导电屏蔽料的研究还鲜有报道。导电炭黑的分散性对屏蔽料的性能影响重大。文中选用线性低密度聚乙烯(LLDPE)为基体树脂,白油为分散剂,采用熔融共混法制备了非交联电缆屏蔽料。研究了白油含量对屏蔽料中炭黑分散、结晶性能、体积电阻率和机械性能的影响。结果表明添加白油会促进炭黑的分散,但白油含量过大会降低屏蔽料的结晶度,增加其体积电阻率并降低拉伸强度和断裂伸长率。当白油含量为2 wt%时,屏蔽料体积电阻率最小,力学性能最佳。该研究为非交联半导电屏蔽料在乙烯基非交联电缆的应用研究提供了参考。

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。