Preparations of TiO_2 film coated on foam nickel substrate by sol-gel processes and its photocatalytic activity for degradation of acetaldehyde

Anatase TiO2 films were successfully prepared on foam nickel substrates by sol-gel technique using tetrabutyl titanate as precursor. The characteristics of the TiO2 films were investigated by XPS, XRD, FE-SEM, TEM and UV-Vis absorption spectra. The photocatalytic activities of TiO2 films were investigated by photocatalytic degradation reactions of gaseous acetaldehyde, an indoor pollutant, under ultraviolet light irradiation. It was found that Ni^2＋ doping into TiO2 films due to the foam nickel substrates resulted in the extension of absorption edges of TiO2 films from UV region to visible light region. The pre-heating for foam nickel substrates resulted in the formation of NiO layer, which prevented effectively the injection of photogenerated electrons from TiO2 films to metal nickel. The TiO2 films displayed high photocatalytic activity for the degradation of acetaldehyde, and were enhanced by calcining the substrates and coating TiO2 films repeatedly. The high activity was mainly attributed to the improvement of the characteristics of substrate surface and the increase of active sites on photocatalyst.

Layered Foam/Film Polymer Nanocomposites with Highly Efficient EMI Shielding Properties and Ultralow Reflection

Lightweight,high-efficiency and low reflection electromagnetic interference(EMI)shielding polymer composites are greatly desired for addressing the challenge of ever-increasing electromagnetic pollution.Lightweight layered foam/film PVDF nanocomposites with efficient EMI shielding effectiveness and ultralow reflection power were fabricated by physical foaming.The unique layered foam/film structure was composed of PVDF/SiCnw/MXene(Ti_(3)C_(2)Tx)composite foam as absorption layer and highly conductive PVDF/MWCNT/GnPs composite film as a reflection layer.The foam layer with numerous heterogeneous interfaces developed between the SiC nanowires(SiCnw)and 2D MXene nanosheets imparted superior EM wave attenuation capability.Furthermore,the microcellular structure effectively tuned the impedance matching and prolonged the wave propagating path by internal scattering and multiple reflections.Meanwhile,the highly conductive PVDF/MWCNT/GnPs composite(~220 S m^(−1))exhibited superior reflectivity(R)of 0.95.The tailored structure in the layered foam/film PVDF nanocomposite exhibited an EMI SE of 32.6 dB and a low reflection bandwidth of 4 GHz(R<0.1)over the Kuband(12.4-18.0 GHz)at a thickness of 1.95 mm.A peak SER of 3.1×10^(-4) dB was obtained which corresponds to only 0.0022% reflection efficiency.In consequence,this study introduces a feasible approach to develop lightweight,high-efficiency EMI shielding materials with ultralow reflection for emerging applications.

抗高温液膜强化型泡沫凝胶研制及性能评价

针对常规泡沫在高温、高矿化度条件下稳定性差,无法满足哈拉哈塘油藏条件的问题,研制了一种稳定性较好的泡沫凝胶体系,并对其进行了稳定性及微观结构评价。其基础配方为:1.0%纳米材料+1.0%SAV333聚合物+0.6%醛类交联剂+0.4%酚类交联剂+1.5%APG0814-CHSB(2:1)。通过显微镜分析其稳定机理,泡沫凝胶增加了泡沫液相黏度及液膜厚度,泡沫凝胶体系的液膜厚度较泡沫体系增加了32%,大幅度降低泡沫析液速率,减缓消泡速度,进而提高泡沫的稳定性。本文为泡沫凝胶提高高温、高矿化度油藏水驱后剩余油的采收率提供理论依据及指导。

聚酰亚胺辅助制备高定向石墨烯基全炭泡沫及其在导热聚合物复合材料中的应用

石墨烯及其衍生物具有高纵横比的二维层状结构,在加工过程中通常倾向于水平排列。因此,石墨烯基复合热界面材料虽然具有较高的面内热导率,但其表现出的低面外热导率难以满足实际应用需求。本文通过定向冷冻策略制备了竖直排列的聚酰亚胺/石墨纳米片(PG)导热骨架以提高聚合物复合材料的面外热导率,其中石墨纳米片(GNs)为高导热石墨烯薄膜的粉体边角料。在该过程中,采用水溶性聚酰胺盐溶液直接分散疏水的GNs,热亚胺化后获得的聚酰亚胺在辅助GNs定向排列的同时经石墨化处理转变为人造石墨。同时,GNs的引入提高了PG骨架的有序度和密度,进一步提高了聚二甲基硅氧烷(PDMS)基复合材料的强度和导热性能。结果表明,所制备的PDMS/PG复合材料(PG:21.1%)的面外热导率达14.56 W·m^(−1)·K^(−1),是纯PDMS的81倍。这种简便的聚酰亚胺辅助二维疏水填料定向排列的方法为各向异性热界面材料的规模制备提供了思路,同时实现了石墨烯薄膜边角料的再利用。

新型短碳链氟碳表面活性剂发泡性能研究

水成膜泡沫灭火剂是扑灭燃油火灾的重要灭火剂,在发泡过程能够迅速膨胀是控制火灾的必要条件,其核心组分氟碳表面活性剂的发泡性能是扑灭燃油火的关键因素。由于长碳链氟碳表面活性剂具有毒性和生物富集性,而短碳链化可大大减少这些影响且能够保持很好的表面活性,故短碳链氟碳表面活性剂有很大的应用前景。目前尚未对短碳链氟碳表面活性剂的发泡性能进行过系统性研究。本文基于短碳链氟碳表面活性剂发泡过程中所涉及的主要因素,针对溶液浓度、气体流量和筛网孔径三个因素研究了各因素对发泡性能的影响。结果表明,在25℃环境温度下各影响因素与发泡性能存在正相关的规律,但影响程度有所不同。建立了短碳链氟碳表面活性剂的发泡速率模型,该发泡速率模型在一定范围内能够较好地预测氟碳表面活性剂的发泡速率和发泡倍数,为泡沫灭火剂的发泡性能研究提供了理论基础,对设置发泡设备参数及操作条件有一定的指导作用。

环保型泡沫灭火剂在变压器油表面的铺展特性研究

针对油浸式变压器面临的火灾风险,通过正交实验研究了短链氟碳-碳氢表面活性剂复配体系和有机硅-碳氢表面活性剂复配体系分别在变压器油表面的界面特性及铺展能力。界面张力测试结果表明,阴离子碳氢表面活性剂和阳离子碳氢表面活性剂分别与氟碳表面活性剂FS-50和有机硅表面活性剂DOWSIL 501w、DOWSIL 5211进行复配时,均可形成扩散系数显著大于0的复配体系。然而油面铺展实验表明,并非所有扩散系数大于0的溶液都能在变压器油表面铺展,这是因为一些配方会导致油-水界面张力降至0,从而发生油/水混溶,进而导致泡沫液无法铺展。因此,单纯通过扩散系数无法断定泡沫灭火剂是否具有成膜性能,在油面开展铺展验证实验是必要的。此外,铺展实验结果显示,有机硅表面活性剂DOWSIL 5211分别与α-烯基磺酸钠(sodium alpha-olefin sulfonate,AOS)和十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)混合溶于水时也能在变压器油表面自发铺展,所以针对变压器火灾研发无氟水成膜泡沫(aqueous film forming foam,AFFF)灭火剂是可行的。研究结果将为环保型水成膜泡沫灭火剂开发提供重要数据支撑和理论指导。

烃类气体对泡沫液膜稳定性影响的微观机制

利用分子动力学方法构建气相层-表面活性剂/聚合物分子层-含无机盐离子的水相夹层模拟体系,微观揭示烃类气体类型对水基泡沫液膜排液特性与Ostwald熟化作用的影响机制。结果表明:相比于N2泡沫,烃类气体产生水基泡沫的液膜稳定性降低,且随着碳数增加,表面张力逐渐增大,界面形成能绝对值逐渐减小,泡沫液膜排液能力增强,第一水化层内水分子扩散系数从CH4水基泡沫体系的1.73×10^(-5)cm^(2)/s增大到C3H8水基泡沫体系的2.40×10^(-5)cm^(2)/s,相应界面水层厚度、水化层内水分子配位数则分别从10.93A和2.11减小到7.72A和1.96;由气体分子界面聚集引起的Ostwald熟化作用是影响泡沫液膜稳定性的关键;同时对于碳数高的烃类气体分子,更易渗透其所形成的泡沫液膜而诱发泡沫衰变与破裂,反映出表面活性剂分子的界面吸附构型直接影响着Ostwald熟化作用。

医用聚氨酯敷料研究进展

医用聚氨酯材料具有细胞毒性低、生物相容性好、力学性能优异等特性,已经成为药物、抗菌剂、抗炎剂等的良好载体。然而,传统的聚氨酯材料对石油资源的依赖程度较高,合成路线不利于绿色可持续发展。聚氨酯材料由于缺乏固有的抗菌活性和适宜的湿润性,在伤口敷料的应用中容易出现伤口感染、伤口过度润湿等问题。此外,多数研究者对伤口敷料作用效果的评估局限于小型动物模型(小鼠、兔子等),对该材料性能的研究不够深入。主要围绕医用聚氨酯材料在创面敷料方面的发展现状和问题进行了讨论与总结,并针对不同形态的聚氨酯如纳米纤维、薄膜、水凝胶、海绵及泡沫等展开了分析。提出了关于医用聚氨酯敷料的多个发展方向,包括生物质聚氨酯、多功能性聚氨酯、双层结构敷料等,期望为聚氨酯材料在医学领域中的发展提供理论依据。

研磨对大豆分离蛋白的物理改性研究

为了改善大豆分离蛋白的功能性质,采用研磨技术对商品型大豆分离蛋白进行物理改性,探究不同研磨时间对大豆分离蛋白结构、性质和成膜性能的影响。结果表明:经研磨后,大豆分离蛋白发生了去折叠,内部的疏水基团暴露,蛋白的亲脂性能和起泡性能得到提升;研磨可以使大豆分离蛋白薄膜更加致密均匀,薄膜的光学性能、物理化学性能和机械性能得到改善;研磨15 min,蛋白的起泡性和泡沫稳定性达到最佳(156.21%、82.33%),薄膜的裂纹最少,结构最致密,薄膜更加透明(透明度为0.52),薄膜的水蒸气渗透性最小(3.33×10^(-9) g·m·m^(-2)·s^(-1)·Pa),拉伸强度和断裂伸长率均达到最佳(2.24 MPa、178.70%)。研磨显著改善了大豆分离蛋白的功能特性,本研究为拓宽大豆分离蛋白在食品中的应用范围奠定了理论基础。

双分子层液膜法制备纤维素水基泡沫及其稳定性的研究

目的解决纤维素基泡沫制备过程烦琐、湿泡沫的稳定性差的问题。方法通过单因素试验,考察了十四醇(TDA)、阿拉伯胶(GAC)质量浓度对双膜气泡的稳定性的影响,在此基础上,采用泡沫成形法制备纤维素水基湿泡沫,通过探究合适的十二烷基硫酸钠(SDS)质量浓度、蔗渣原纤浆质量浓度和搅拌速率进一步提高纤维素水基湿泡沫的稳定性。结果TDA和GAC质量浓度分别为0.015 g/mL和0.010 g/mL时是制备双膜气泡的最佳条件。当SDS质量浓度为0.015 g/mL、蔗渣原纤浆(BF)质量分数为1.8%、搅拌速率为2000 r/min时,纤维素水基湿泡沫稳定性达到最佳。结论构建了稳定的纤维素水基泡沫,为纤维素基泡沫提供了一种简单、可行的方法。

甜菜碱型表面活性剂结构对CO_(2)泡沫液膜性质的影响

在油藏泡沫驱和气藏泡沫排水剂应用中,泡沫体系的稳定性至关重要。表面活性剂分子结构,界面排布对泡沫液膜渗透率及稳定性的影响对于构筑高稳定CO_(2)泡沫具有重要意义,但是目前还没有一个系统的了解。采用4种分子结构的甜菜碱型表面活性剂作为研究对象,泡沫体相性质评价作为研究方法,针对饱和吸附量、泡沫液膜渗透率和泡沫稳定性等体相性质,开展了表面活性剂分子结构、界面排布、CO_(2)泡沫液膜渗透率和泡沫稳定性及其相关关系实验研究。研究表明:当表面活性剂分子头基一致时,疏水碳链长度增加,疏水作用增强,液膜表面分子排列更加紧密,泡沫液膜渗透率降低,泡沫稳定性增强;当表面活性剂分子具有更长疏水碳链时,增强的疏水作用导致液膜排布更加紧密且吸附量增大,阻碍气泡内CO_(2)气体渗透行为,导致起泡液起泡能力减弱。基于4种起泡体系所获参数进行回归分析,建立了泡沫寿命、泡沫液膜分子吸附量及起泡能力与泡沫液膜渗透率K的相关系数R2,拟合表明R2>0.90;因此,泡沫液膜渗透率K可作为评价泡沫体系的稳定性的参数之一,为高稳定泡沫体系筛选提供一个可靠的评价参数。

泡沫箱结合薄膜包装对小白菜保鲜效果的影响

目的 探究采用泡沫箱与薄膜包装结合的方式对常温物流小白菜的保鲜作用,分析泡沫箱阻隔性对小白菜保鲜包装薄膜厚度选择所产生的影响。方法 以小白菜为实验对象,分别在有无泡沫箱2种情况下,采用厚度为20、40、60、80、100μm的聚乙烯(polyethylene,PE)袋包装,探究不同包装对小白菜保鲜的效果。结果 泡沫箱对气体的阻隔性会影响包装内部氧气的含量,有无泡沫箱对内包装膜厚度的选择有所不同。采用无泡沫箱时选择60μm的PE膜,采用有泡沫箱时选择40μm的PE膜,均可有效控制顶空气体的比例,使小白菜的感官品质达到最佳。此外,泡沫箱外包装的存在能够使小白菜提早4 d进入稳定保鲜气体环境,更有利于维持较好的商品性。无论是否采用泡沫箱,80μm和100μm的PE膜都极易导致小白菜因无氧呼吸而快速腐烂,直至商品性完全丧失。结论 在物流保鲜过程中,采用泡沫箱与PE袋相结合的方式包装小白菜,可以有效维持小白菜常温物流下的感官特性,且成本低廉、绿色安全。需注意,如果使用泡沫箱,则需相应调整内包装,才能给小白菜构建最适宜保鲜的气体环境,达到最佳的快递保鲜效果。

微/纳米多孔低介电聚酰亚胺薄膜的研究进展

聚酰亚胺(PI)作为高性能聚合物,已成为5G通信的重要原材料之一。传统PI薄膜的介电常数处于3.0~3.4之间,随着电路集成度越来越高,已无法满足高速发展的微电子工业的要求,因此,开发综合性能优异的低介电PI薄膜已成为研究热点。向PI薄膜中引入微/纳米级的分散孔隙,可以有效降低介电常数,同时保留薄膜优异的综合性能。文中从物理和化学制备方法入手,综述了近年来国内外微/纳米多孔低介电PI薄膜(M/N-PLD-PI)的制备工艺,阐明了引入微/纳米级的分散孔隙对降低PI薄膜介电常数的贡献,并对多孔低介电PI薄膜的发展进行了展望。

HPAM聚合物与离子型表面活性剂协同稳定CO_(2)泡沫的分子模拟研究

CO_(2)泡沫驱可以有效地控制CO_(2)相的流度从而提高波及效率,同时它还能够进行CO_(2)地质封存,减少碳排放以应对全球气候变暖的挑战。表面活性剂能降低CO_(2)泡和水相液膜之间的界面张力(IFT),从而增加因拉普拉斯毛细管自吸效应导致的泡沫液膜中液体析出的阻力。聚合物可以提高泡沫液膜黏度,也可以减缓液膜中的液体析出并缓解气泡聚并现象。二者同时被用作提高泡沫稳定性的化学试剂,然而表面活性剂分子根据亲水头基电荷正负属性不同会具有不同的界面行为,在微观尺度下不同类型表面活性剂和聚合物分子之间的协同作用还不明确。本研究采用分子动力学模拟的方法,研究了油藏条件下阴离子型(SDS)和阳离子型(CTAB)表面活性剂分别与水解聚丙烯酰胺(HPAM,水解度25%)在CO_(2)与水相界面处的相互作用。研究结果表明,CTAB比SDS具有更强的降低CO_(2)与水之间IFT的能力,IFT的大小与界面宽度和界面覆盖率呈正相关性。具有相同电性的HPAM与平衡离子Br-在CTAB界面膜上形成竞争吸附关系;而带有相反电性的HPAM与平衡离子Na+在SDS界面膜附近形成盐桥结构。前者更有利于降低气—液界面处IFT和增大液膜厚度,两种模式对泡沫液膜剪切黏度的提高程度差别不大。本研究揭示了阴/阳离子型表面活性剂分别与水解聚合物分子协同作用稳定CO_(2)泡沫的微观机制。

特高压变压器水成膜泡沫全尺寸灭火污染研究

为了探究灭火的环境污染,开展了特高压变压器水成膜泡沫全尺寸灭火试验,采集大气、水体及土壤样品进行分析。首先,利用气体分析仪测得灭火瞬间CO、SO和NO2的体积分数远超标准阈值,同时使用气相色谱/质谱联用仪发现大气中存在氟碳表面活性剂和轻质支链烷烃等。通过液相萃取-气相色谱/质谱试验,测定水体内的有机污染物主要为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚和重质正构烷烃。X射线荧光光谱仪检测出灭火后土壤中铜元素明显提升,热脱附-气相色谱/质谱测定土壤中的有机成分主要是未充分燃烧的变压器油和本该存在于烟气中的的4-乙基邻二甲苯和1,3-二甲基-4-乙基苯。这些研究对水成膜泡沫灭火的环境污染治理、灾后评估和灭火剂的改良具有一定指导意义。

纳米纤维强化泡沫液膜渗透性及稳定性实验研究

泡沫可有效改善致密油藏气驱因气液流度差异、裂缝等造成的窜流问题,扩大气驱波及效率。但泡沫为热力学亚稳定体系,其长期稳定性受限制。基于纳米纤维(NCF)强化泡沫体系,对比分析其对N_(2)泡沫、CO_(2)泡沫中气体通过液膜渗透性影响,并观察两种NCF强化泡沫体系在不同含油条件下的微观形态变化,探讨了纳米纤维对泡沫稳定性的改善作用及泡沫体系稳定性与泡沫液膜渗透率的对应关系。研究发现,纳米纤维能有效降低液膜渗透性,0.1 wt%的NCF能使N_(2)气泡、CO_(2)气泡的渗透率分别降低约89%、65%,消泡时间分别提升2.7倍、11.3倍,表明纳米纤维通过降低液膜渗透性抑制了气泡失稳;经显微观察,NCF强化N_(2)泡沫液比CO_(2)泡沫初始膜厚度更大、泡沫直径更小,在不同含油条件下NCF强化CO_(2)泡沫的失稳趋势更强,表明NCF对N_(2)泡沫稳定性增强效果更佳。通过纳米纤维能改善泡沫性能,优化泡沫体系,从而增强泡沫稳定性,相关研究对提高油藏气驱采收率有一定的借鉴意义。

水成膜泡沫灭火剂成分分析及热解产物污染特性研究

水成膜泡沫灭火时,部分气液污染物将进入环境,因此全面研究其污染特性具有现实意义。首先,采用元素分析、红外光谱和液相色谱/质谱联用方法对水成膜泡沫原液成分开展分析。结果显示,该原液含有多种存在潜在风险的危害物质,使用后会渗入环境中。其次,对原液热解气体开展定性定量分析。结果显示,当温度低于400℃时,原液热裂解仅释放CO,且质量浓度较低;温度高于400℃时,会释放CO、SO_(2)、NO、HF等气体,其中600℃时这些气体质量浓度的峰值远超《环境空气质量标准》规定的阈值。此外,有机气体产物中除挥发性有机物外,还包含多种全氟烷基化合物。由此推断,不同温度下,氟碳表面活性剂受热分解具有两种路径,即低温下尾部自由基脱离和高温下全氟链断裂。

水成膜泡沫扑救沸溢性油品火灾试验研究

为研究水成膜泡沫(AFFF)扑救沸溢性油品火灾的灭火效果和灭火机理,搭建了小尺度沸溢性油品火灾试验装置,研究不同泡沫供给强度下的灭火效果。结果表明,使用AFFF泡沫灭火剂扑救沸溢性油品火灾时,喷射出的泡沫施加到高温的沸溢性油品表面后,泡沫受蒸发作用快速消失,油面呈现剧烈沸腾状态,火焰高度急剧抬升,热辐射强度大幅提高;AFFF扑救沸溢性油品火灾的灭火机理是冷却作用,一是直接冷却了表层沸溢性油品温度,二是通过油品内部热对流间接冷却了下层油品温度,当表层油品温度被冷却到自燃点以下后火焰熄灭;推算出AFFF泡沫扑救沸溢性油品火灾的最佳泡沫溶液供给强度为25 L/(min·m^(2))。

寒冷气候区双膜日光温室室内环境因子试验研究

为营造日光温室适宜作物生长的湿热环境,设计建造了一种新型双膜日光温室。温室墙体采用聚苯乙烯泡沫模块,内外支撑钢框架和两层覆盖膜形成热缓冲区。通过试验测试了双膜日光温室冬季室内环境因子变化情况。结果表明,双膜日光温室室内不同水平面上空气温湿度存在差异,室内离地面越高,平均温度和平均湿度越低,但最低室内平均温度高于9.81℃,室内外最大空气温差达到了30.03℃;最低平均湿度高于60%。双膜日光温室室内CO_(2)平均浓度为1491.47 mg/m^(3),双膜间热缓冲区CO_(2)平均浓度为1320.81 mg/m^(3)。双膜日光温室整体相对“高温低湿”的环境有利于作物生长。研究结果为双膜日光温室的建设和室内环境调控提供了理论依据。

水成膜泡沫灭火剂性能的测定

介绍了水成膜泡沫灭火剂的灭火机理,测定并分析了4种基于MT-C601型短链氟表面活性剂的水成膜泡沫灭火剂(AFFF)表面张力、界面张力、扩散系数、发泡倍数、25%析液时间、灭火时间、抗烧时间、腐蚀率等指标,测试结果表明这4种AFFF均达到并优于相关国家标准要求,意味着这种具有自主知识产权的高效环保型AFFF已具备应用能力。