基于层状锌铝复合氢氧化物前驱体优化制备Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)气相醛加氢催化剂

以偏铝酸钠作为铝源通过一步法、两步法和混合法引入Cu制备基于ZnAl-LDH前驱体的3种不同的Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,对催化剂及其前驱体结构性质进行表征,结合辛烯醛(2-乙基-2-己烯醛,EPA)加氢反应评价结果,探究不同制备方法、不同铝的引入方式对ZnAl_(2)O_(4)尖晶石形成的影响,考察不同条件下所得催化剂的结构与反应性能之间的构效关系。结果表明:与工业催化剂相比,在辛烯醛气相加氢反应中混合法制得的催化剂与工业催化剂活性相当,产物选择性在空速1.5 h^(-1)时高于工业剂1.9%,在空速4.0 h^(-1)时高于工业剂2.5%;以偏铝酸钠作为铝源制备的ZnAl-LDH前驱物大大提高锌铝结合效率,减少非结合Al_(2)O_(3)的产生,提高产物选择性,同时实现380℃低温焙烧条件下ZnAl-LDH向ZnAl_(2)O_(4)尖晶石的转变,避免传统的高温焙烧过程中CuO的烧结。

功能化氮杂环卡宾聚合树脂对Cu^(2+)的吸附研究

该研究制备了功能化氮杂环卡宾聚合树脂(PNO),旨在去除废水中Cu^(2+);基于静态和动态吸附实验,研究了PNO对废水中Cu^(2+)的吸附效果。结果表明:PNO对Cu^(2+)的最佳吸附条件为吸附剂投加量100 mg、吸附时间30 min、pH值4.0~5.9、温度298 K、转速150 r/min,最大吸附量为51.55 mg/g。PNO对Cu^(2+)的吸附过程符合Langmuir、Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型。动态吸附量随柱高增加、流速降低和进水Cu^(2+)浓度增加而增大。使用Thomas和Bohart-Adams模型拟合,相关系数R^(2)均大于0.92,预测值与实验值相符。经过5次静态吸附-解吸和3次动态循环再生后,PNO对Cu^(2+)的去除率仍达到第一次循环的96%以上,去除效果和再生性能良好。PNO对含铜废水高效处理具有广泛的应用前景。

磁性三乙烯四胺/单宁树脂对Cu^(2+)、Pb^(2+)的吸附性能研究

利用曼尼希反应将三乙烯四胺(TETA)固化到单宁(TA)基体表面,热溶剂法制得磁性单宁基树脂(MTETA-TA)。通过红外光谱、扫描电镜、比表面积及孔隙度分析仪、振动样品磁强计对M-TETA-TA进行表征,表明M-TETA-TA具有疏水性强、比表面积大的优势,Fe_(3)O_(4)的成功引入有效解决吸附剂回收难的问题。对含Cu^(^(2+))、Pb^(2+)废水溶液进行了静态吸附实验,探讨了其对金属的吸附性能。在pH为5的酸性条件下,吸附效果较好;Cu^(^(2+))和Pb^(2+)吸附动力学均符合准二级反应动力学模型,主要为化学吸附;Cu^(^(2+))的吸附等温线符合Langmuir模型,属单层吸附,理论吸附最大值为173.33 mg·g^(-1);Pb^(2+)的吸附等温线符合Sips模型,属多层吸附,理论吸附最大值为217.14 mg·g^(-1)。推测M-TETA-TA对Pb^(2+)的吸附除了螯合、氧化还原等化学反应,还存在静电和离子交换作用,氨基和酚羟基为主要参与官能团。循环再生5次后,仍有较高的吸附性能和磁性强度。

TEPA改性Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶制备及其捕集CO_(2)特性研究

在“碳达峰、碳中和”这一国家重大战略背景下,CO_(2)捕集已经成为当前重大科技发展方向。固体吸附剂吸附法在CO_(2)的捕集过程中应用广泛,其中SiO_(2)气凝胶具有成本低、合成方法灵活、分离效率高、表面易修饰等优点。然而,SiO_(2)气凝胶材料也存在CO_(2)/N_(2)吸附选择性低,CO_(2)吸附容量有待继续提高等缺陷。为解决上述问题,制备了一种Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶CO_(2)吸附材料。首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和氮气吸脱附测试对材料表面化学和孔隙结构进行了系统表征。然后,通过二氧化碳吸附测试对其CO_(2)吸附量、选择性吸附、循环吸附进行了研究。最后,采用理论与试验研究结合的方法,对吸附剂的CO_(2)吸附动力学进行了研究。结果表明:Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶具有结构协同作用,与Cu-BTC复合后的SiO_(2)气凝胶不会改变材料的Si-O-Si骨架结构,同时可以保持Cu-BTC的晶体结构不受到损坏。复合材料具有726.431 m^(2)/g的高比表面积,570.781 m^(2)/g的微孔比表面积和0.184 cm^(3)/g的高微孔体积。负载四乙烯五胺(TEPA)后CO_(2)吸附量高达3.20 mmol/g,CO_(2)/N_(2)选择性吸附系数为40.8,循环10次CO_(2)吸附循环,吸附容量仅下降14%,提高了SiO_(2)气凝胶材料的CO_(2)吸附容量和吸附选择性。Avrami分数动力学模型对吸附试验结果拟合相关系数为0.99,且Avrami指数nA为1.9表明吸附剂对CO_(2)的吸附是非均质的多层吸附,既有物理吸附又有化学吸附,且以物理吸附为主。利用具有丰富微孔结构的金属有机骨架材料Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶进行复合,使复合材料具有分级微/介孔结构,通过增强分子间作用力(范德华力)来增强材料对CO_(2)的物理吸附;使用TEPA对材料进行浸渍改性,利用有机胺和酸性气体之间的酸碱相互作用来增强材料对CO_(2)的化学吸附。

时效处理对Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料组织及性能的影响

以Cu、Y、Ti和CuO粉末为原料,采用机械合金化(MA)和热还原的方法制备了Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合粉末。然后经放电等离子烧结(SPS)技术制备了Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料,并对材料进行了900℃固溶1 h和不同温度时效2 h的处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、拉伸试验和导电率测量仪等研究了不同温度时效处理对Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料组织及性能的影响。结果表明:随着时效温度的升高,Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料的晶粒和第二相尺寸增大,导电率降低,最大应变和抗拉强度先增大后减小。Cu-Y_(2)O_(3)-Ti复合材料经900℃固溶1 h+400℃时效2 h后,综合性能最优,其具有良好塑性的同时,抗拉强度和导电率分别达到326.4 MPa和73.0%IACS。

(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的制备与表征

利用磁控溅射技术制备由金属(Ag,Cu)膜、介质层TiO_(2)膜组成的双层汽车玻璃隔热膜样品。利用单因素分析法考察了溅射时间、溅射功率和Ar溅射流量三个因素对(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜透光隔热性能的影响。实验结果表明,在在本底真空度3×10^(-3) Pa,溅射气压2.1 Pa条件下,靶基距均为70 mm时,金属(Ag,Cu)膜溅射时间18 s,溅射功率80 W,Ar溅射流量20 sccm;介质层TiO_(2)膜溅射时间50 min,溅射功率115 W,溅射流量25 sccm时,(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的透光隔热性能最佳。

络合剂对固相法Cu/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂的CO_(2)加氢制甲醇反应性能的影响

为了促进催化剂中Cu物种的分散,在金属硝酸盐中分别加入草酸、甲酸和柠檬酸,采用固态研磨合成Cu/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂.结果表明:草酸的加入对Cu的分散效果最好,在280℃,2 MPa,3.6 L·gcat^(-1)·h^(-1),V(H2)∶V(CO_(2))=3∶1时,甲醇收率最高,达到2.1 mmol·gcat^(-1)·h^(-1).但甲酸在高温下会分解为CO_(2)和H_(2),导致制备的CuO/ZnO/In_(2)O_(3)催化剂部分还原,随后此催化剂在H_(2)预处理后被过度还原,形成Cu_(3)In_(7)合金相,导致甲醇产率降低.

ZIF-8/PEO杂化泡沫对TC和Cu^(2+)吸附研究

以提高金属有机骨架ZIF-8水处理中可回收性为目标,利用聚氧化乙烯PEO作为致孔剂,采用冰模板-冷冻干燥法制备金属有机骨架杂化泡沫ZIF-8/PEO,利用XRD、SEM、TG-DSC和N2吸附-脱附等表征手段,分析ZIF-8/PEO杂化泡沫的理化性能,研究ZIF-8/PEO对四环素TC和铜离子Cu^(2+)吸附性能及吸附机理。试验结果表明:ZIF-8/PEO形成了更加规则的网状结构且具有良好的机械强度和吸附性能。在吸附时间12 h,pH 7,吸附剂投加量40 mg,TC和Cu^(2+)初始浓度均为30 mg/L的最佳条件下,ZIF-8/PEO对TC和Cu^(2+)的吸附容量为107.55 mg/g和107.81 mg/g;等温吸附过程符合Langmuir模型,动力学过程符合拟二级动力学模型,ZIF-8/PEO吸附TC,Cu^(2+)属于自发、放热、趋于有序的过程。在循环吸附7次后,ZIF-8/PEO吸附剂对TC和Cu^(2+)的去除率仍在70%以上。

镧改性Cu/SiO_(2)催化剂的乙酸甲酯高效加氢催化性能研究

采用蒸氨法制备了镧(La)改性的负载型铜硅(Cu/SiO_(2))催化剂,并对其乙酸甲酯(MeOAc)气相加氢制乙醇(EtOH)的催化性能进行了研究。采用N2吸附-脱附(N2adsorption-desorption)、X射线粉末衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、高分辨透射电镜(HRTEM)、光电子能谱(XPS)和原子发射光谱仪(AES)等手段对催化剂进行了的表征,发现La物种的加入产生了较多的层状硅酸铜,增强了Cu和La物种之间的相互作用。La物种的加入在结构方面提高了催化剂的比表面积,降低了铜物种的粒径,提高了铜物种的分散度;在电子还原调控方面提高了Cu+的含量,增强了催化剂吸附酰基和甲氧基的能力。与未改性的Cu/SiO_(2)催化剂相比,镧改性后Cu/SiO_(2)催化剂的乙酸甲酯加氢性能得到大幅提升;其中La掺杂量0.5%的Cu/SiO_(2)催化剂表现出最佳的催化性能,乙酸甲酯转化率达98.5%,乙醇的总收率为97.0%。

Cu_(2)O柱阵列的Cu还原制备与表征

Cu_(2)O是一类重要的p型半导体材料,在气敏、光伏等领域具有广阔的应用前景。通过热氧化法,在Cu片上先制备CuO纳米线阵列为前驱体,然后再在N_(2)氛围中加热,通过Cu还原制备Cu_(2)O柱阵列,利用XRD、SEM对Cu_(2)O柱阵列结构进行表征。分析发现,只需控制气氛、温度和时长等,就能控制好前驱体CuO纳米线的长度和粒径,进而调控Cu_(2)O柱阵列的长径比等,该方法简单,对环境无污染,为制备Cu_(2)O阵列结构提供了新方法。

不同质量浓度Cu^(2+)和Ag^(+)对大麦成熟胚组培特性的影响

【目的】探究不同质量浓度Cu^(2+)和Ag^(+)对大麦成熟胚组培特性的影响。【方法】以Bowman、北青7号和光头大麦的成熟胚为材料,研究不同质量浓度Cu^(2+)和Ag^(+)对大麦成熟胚愈伤诱导率、长根率、长芽率、褐化率、绿化率、再分化率和愈伤湿质量的影响。【结果】Bowman、北青7号和光头大麦成熟胚的7种组培特性间存在不同程度差异。与对照相比,0.75 mg/L Cu^(2+)可减少10.43%的成熟胚长根、7.48%的成熟胚长芽、8.24%的愈伤组织褐化、20.74 mg的愈伤湿质量;4.00 mg/L Ag^(+)可提高6.47%的愈伤组织诱导率,可减少9.08%的成熟胚长根、7.96%的成熟胚长芽和9.67%的愈伤褐化;0.75 mg/L Cu^(2+)和4.00 mg/L Ag^(+)对愈伤细胞转绿、愈伤增殖和再分化均无抑制。【结论】适宜质量浓度的Cu^(2+)和Ag^(+)可有效抑制大麦成熟胚长根、长芽和愈伤组织褐化,Ag+还可有效提高愈伤诱导率;在基于MS培养基的大麦成熟胚愈伤组织诱导和再分化培养中,Cu^(2+)和Ag^(+)的适宜质量浓度分别为0.75和4.00 mg/L。研究结果可为构建大麦成熟胚的愈伤诱导及其再分化技术体系提供理论支持。

钠化污泥生物炭复合凹凸棒石对水体中Cu^(2+)的吸附效果研究

含铜废水严重威胁人体健康和环境安全,利用废弃污泥和凹凸棒石制备了钠化污泥生物炭复合凹凸棒石材料,并将其用于含Cu^(2+)废水的处理。利用SEM、XRD及FT-IR对材料的结构和表面性质进行了分析表征,复合材料表面的含氧官能团的络合或C=C键的Π电子作用是吸附重金属的主要机制。研究了复合材料对Cu^(2+)的吸附效果和机理,结果表明,污泥/凹凸棒石质量比2∶1,pH=5,添加量为1.5 g/L,Cu^(2+)初始浓度4 mg/L条件下,材料对Cu^(2+)有最大的吸附容量为3.339 mg/g。吸附过程更好地拟合了准二级动力学模型和Langmuir吸附等温式,表明材料对Cu^(2+)的吸附是单分子层化学吸附。利用响应面分析法预测,pH值为5.04,吸附剂添加量1.16 g/L,Cu^(2+)初始浓度3.60 mg/L是最佳吸附条件。钠化污泥生物炭复合凹凸棒石在实际含铜废水处理中是一种极具潜力的吸附剂。

两种磁性生物炭耦合Diaphorobacter sp.DFA4去除2,4-DFA和Cu^(2+)的特性

以橘子皮为原料,氯化铁、镍锰铁氧体为磁性介质,制备了氯化铁和镍锰铁氧体改性生物炭(分别记为FBC和MBC),重点考察FBC和MBC介导Diaphorobacter sp.DFA4耦合体系去除2,4-二氟苯胺(2,4-DFA)和Cu^(2+)的特性。结果表明:在0.5~2.0 g/L FBC/MBC的介导作用下,Diaphorobacter sp.DFA4对2,4-DFA和Cu^(2+)的去除效果明显提升。当2,4-DFA初始质量浓度为100~900 mg/L时,相比纯菌Diaphorobacter sp.DFA4培养体系,FBC和MBC介导耦合体系对2,4-DFA的降解强化倍数分别为2.24~4.04倍和1.96~4.71倍,Cu^(2+)去除率则分别由59.70%~69.95%提升至88.57%~93.20%和82.12%~88.20%。当pH为6.0~8.0时,较纯菌Diaphorobacter sp.DFA4培养体系,MBC、FBC介导耦合体系对2,4-DFA的去除率分别提高了15.35%~36.32%和22.43%~37.42%,对Cu^(2+)的去除率则分别提高了37.63%~42.34%和43.61%~47.83%;当盐度由0提高至4%时,两个耦合体系对2,4-DFA的去除率基本保持在85%及以上,而纯菌Diaphorobacter sp.DFA4培养体系对2,4-DFA的去除率则由77.98%降至55.19%。机理分析发现,耦合体系可诱导分泌更多的腐殖酸,且在偏碱条件下,FBC更有利于促使腐殖酸的分泌。

CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂实验研究

考察了第二金属Ni改性对CO_(2)加氢制甲醇Cu/CeO_(2)催化剂活性的影响,并通过XRD、BET、XPS、H_(2)-TPR等手段对改性前后催化剂结构进行了表征。结果表明:金属负载量为20%时,Cu/CeO_(2)的比表面积最大;Cu与Ni质量比为3∶1时,催化剂碱度最大,氧空位含量最高,Cu-Ni协同作用最强;该催化剂在反应温度240℃、反应压力3 MPa、液时空速2400 mL/(g·h)、H_(2)与CO_(2)体积比为3∶1时催化CO_(2)加氢制甲醇效果较优,CO_(2)转化率为18.5%,甲醇时空产率为40.43 g/(kg·h)。

Al_(2)O_(3)前驱体对Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化甲醇重整制氢性能的影响

采用共沉淀法制备了一系列Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,通过XRD、BET、H_(2)-TPR、N_(2)O化学吸附、XPS表征技术,研究了Al_(2)O_(3)前驱体对催化剂结构的影响,同时对其在甲醇重整制氢中的性能进行了考察。结果表明,当Al^(3+)与Cu^(2+)、Zn^(2+)同时共沉淀时,Al^(3+)对碱式碳酸盐中Cu^(2+)-Zn^(2+)部分取代生成类水滑石结构,增强了Zn-Al之间的相互作用。相反,在Cu^(2+)、Zn^(2+)完成共沉淀后,引入Al_(2)O_(3)前驱体对消除Al^(3+)对碱式碳酸盐中Cu-Zn取代的不良影响具有积极作用,有利于促进Cu-ZnO间的相互作用、CuO物种的分散和催化剂的还原,进一步促进表面Cu的分散,有利于其活性的提升。其中,以拟薄水铝石为铝源制备的催化剂呈现出优异的活性。在水醇物质的量比为1.2,反应温度为493 K的条件下,甲醇转化率可达94.8%,H_(2)时空收率可达97.5 mol/(kg·h),并且连续运行25 h其活性仍保持相对稳定。在反应条件下,经过723 K的10 h热处理后,该催化剂的活性损失率仅为5.37%。

稀土修饰对Cu/Al_(2)O_(3)催化乙酰丙酸乙酯加氢性能的影响

生物质催化转化制大宗化学品符合低碳战略的重要研究方向,将纤维素衍生物乙酰丙酸乙酯转化为1,4-戊二醇是最具前景的技术路线之一。非贵金属铜基催化剂在该反应中表现出较好的活性,Cu/Al_(2)O_(3)在160℃、4 MPa H_(2)条件下催化乙酰丙酸乙酯氢解制1,4-戊二醇收率为50.8%,经稀土改性后催化剂的活性和选择性显著提升,其中CuNd0.25/Al_(2)O_(3)催化剂上获得1,4-戊二醇的收率高达92.7%。通过对催化剂性能以及X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、氢气程序升温脱附(NH3-TPD)和CO红外吸附(CO-DRIFT)等表征结果的分析发现,稀土元素的存在不仅改变了Cu活性中心的还原性质、分散度和电子结构,还改变了催化剂表面酸、碱性位点的分布。稀土元素的修饰既促进了催化剂表面反应物的吸附与活化,又抑制了目标产物1,4-戊二醇的脱水副反应,从而提高了活性和选择性。

Fe^(2+)、Cu^(2+)诱导工艺对柞木表板颜色变化规律的影响

木材中的木质素、抽提物等物质具有能与金属盐溶液产生颜色反应的特性。利用这一特性以硫酸亚铁、硫酸铜溶液作为诱导剂,通过正交试验得到色差最大时的工艺参数,探究金属Fe^(2+)、Cu^(2+)的诱导剂质量分数、诱导时间、干燥时间、干燥温度对实木复合地板柞木表板颜色变化的影响。结果表明:Fe^(2+)、Cu^(2+)的诱导剂质量分数对柞木表板色彩色调的影响极为显著(F值分别为20.4453、8.8442);柞木表板的明度色品指数(L^(*))、红绿轴色品指数(a^(*))、黄蓝轴色品指数(b^(*))均随着Fe^(2+)、Cu^(2+)的诱导剂质量分数、诱导时间、干燥时间的增加而逐渐减少,总色差(ΔE^(*))逐渐增大,最大为31.53、9.90,表板色调逐渐偏暗、偏绿、偏蓝;随着干燥温度的增加,Fe^(2+)、Cu^(2+)诱导时的柞木表板总色差都逐渐减小。

Cu^(2+)对水体中氧氟沙星光化学降解的影响

水体中氟喹诺酮类抗生素(Fluoroquinolone,FQs)易与金属离子发生络合反应,从而影响其潜在的环境行为及生态效应。本文以典型氟喹诺酮类抗生素氧氟沙星(OFX)为例,系统探讨了二价铜离子(Cu^(2+))对其光化学转化降解特性的影响。综合荧光、紫外光谱分析,发现Cu^(2+)与OFX在pH中性条件下能够形成络合比为1∶1的络合物。在365 nm单波长光源的照射下,Cu^(2+)的加入抑制了OFX光降解,荧光猝灭及激光闪光光解实验表明,该抑制作用主要是由Cu^(2+)对OFX光致激发的静态猝灭作用导致。质谱分析结果表明,OFX直接光降解路径包括脱羧、光氧化、哌嗪环氧化裂解和去甲基化等,Cu^(2+)存在条件下去甲基化产物未被检出。毒性分析结果表明,Cu^(2+)的存在降低了OFX转化过程对水生生物的生态毒性。

Cu^(2+)与Pb^(2+)对辉锑矿浮选行为的活化机理研究

通过微浮选试验、吸附量试验以及密度泛函(DFT)计算,本文研究了Cu^(2+)、Pb^(2+)对辉锑矿浮选存在的活化差异及机理。微浮选试验表明,采用丁基黄药(BX)经Pb^(2+)活化后浮选辉锑矿回收率较Cu^(2+)活化提高了7.82%。吸附量试验显示,Pb^(2+)在辉锑矿表面作用后,其表面能够吸附更多的BX。DFT计算结果表明,经Cu^(2+)活化后BX的S1双键原子与Cu形成Cu—S键且属于得电子体系,而Pb^(2+)活化后BX的单键S1和双键S2原子与Pb形成稳定螯合结构且属于失电子体系,为黄药和氧气作用矿物表面生成双黄药供了条件,显著地提高了辉锑矿的可浮性。

用于吸附养殖尾水中Cu^(2+)的温度敏感型淀粉基水凝胶制备及性能分析

为了快速移除水产养殖尾水中的铜离子(Cu^(2+)),合成了一种新型温度敏感多糖基水凝胶,以具有结构和性能优势的2-羟基-3-异丙氧基丙基淀粉醚(HIPS)和羧甲基淀粉钠(CMS)为原料,以乙二醇二缩水甘油醚(EDGE)和CaCl 2为交联剂,通过形成共价键和离子键的混合交联方式制备具有温度敏感性能的HIPS/CMS复合凝胶,利用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对复合凝胶的结构和内部形貌进行表征,研究复合凝胶的温度敏感性能,并探究了复合凝胶对水产养殖尾水中Cu^(2+)的吸附效果。结果表明:HIPS/CMS复合凝胶具有优异的温度敏感性能,当温度高于其体积相转变温度(VPTT,34.1℃)时,复合凝胶体积明显收缩,溶胀率从62.1倍下降至33.6倍;HIPS/CMS复合凝胶对水产养殖尾水中Cu^(2+)具有良好的吸附性能,最大吸附量可达25.2 mg/g;复合凝胶对Cu^(2+)吸附过程符合Langmuir吸附模型,属于单分子层化学吸附;利用该复合凝胶的温度敏感性能,可实现HIPS/CMS复合凝胶的回收再利用,并且经5次吸附-解吸循环后吸附量仍可达15.1 mg/g。研究表明,本研究制备的HIPS/CMS复合凝胶对养殖尾水中的Cu^(2+)的去除效果较好且绿色环保,可以重复使用。