三维多孔生物炭吸附剂的制备及其对菲的吸附行为

以生活中常见的丝瓜络为原材料,在氮气保护和不同温度(600、700、800、900℃)的条件下热解制备了三维多孔丝瓜络生物炭(LSBC600、LSBC700、LSBC800、LSBC900)。表征了丝瓜络生物炭的理化性质,通过动力学吸附实验和等温线吸附实验研究了不同热解温度条件下制备的丝瓜络生物炭对菲的吸附动力学特征和吸附等温线特征,探讨了可能的吸附机理,评估三维多孔生物炭对菲的去除能力,为水生态系统保护和饮用水安全提供科学依据。结果表明,热解温度会影响生物炭的表面官能团组成,进而影响其芳香性。丝瓜络生物炭呈现多管束堆叠的三维多孔结构,随着热解温度的升高,挥发性物质减少,丝瓜络生物炭的表面变得粗糙,比表面积增大,芳香结构增加;LSBC900的比表面积达到了467 m^(2)·g^(-1)。吸附动力学结果说明,丝瓜络生物炭对菲的吸附是复杂和多阶段的,主导吸附速率的是液膜扩散过程,其次是颗粒内扩散过程。在600-900℃范围内,随着热解温度的升高,丝瓜络生物炭对菲的平衡吸附量升高,吸附速率加快。吸附等温线结果说明,热解温度升高可以提高丝瓜络生物炭对菲的吸附容量。根据Langmuir等温线模型,在吸附动力学实验(ρ_(0)=5.00 mg·L^(-1))中,LSBC900的平衡吸附量为16.3 mg·g^(-1),初始吸附速率为9.60 mg·L^(-1)·min^(-1),最大吸附量达到了26.0 mg·g^(-1),超过了大部分已报道的材料。菲在丝瓜络生物炭上的吸附是一个自发的过程(ΔG<0),疏水相互作用和π–π电子供体受体相互作用可能是菲在丝瓜络生物炭上吸附的主要机制。这些发现证明三维多孔丝瓜络生物炭是有效和可行的,可用于水体中有机微污染物的去除。

三维多孔氮化钛用于高效限硫载体

通过简便、高效、可规模化的一步高温氮化法,利用高温烧结使二氧化钛(TiO_(2))粉末在转化成氮化钛(TiN)的同时形成连续的三维多孔网络,具有良好的导电性和高孔隙率。作为高效限硫载体,连续的三维多孔TiN网络不仅能有效增加电子传输路径、增强电子转移、促进离子迁移,而且能够从物理限域和化学吸附两方面对多硫化锂的穿梭效应进行强有力的限制,同时有效提高了硫的负载量。制备的高导电性、高硫负载硫正极展现出较高的放电容量和优异的循环稳定性能。

三维多孔LaFeO_(3)/CeO_(2)/SrTiO_(3)光芬顿和光催化协同脱色亚甲基蓝

以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,采用溶胶-凝胶法和化学沉淀法制备三维多孔催化剂3DP LaFeO_(3)/CeO_(2)/SrTiO_(3)。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、多站式全自动比表面与孔径分析仪、X射线光电子能谱仪和紫外可见分光光度计等仪器对催化剂进行表征,并考察了该催化剂对亚甲基蓝的脱色效果,分析了pH、过氧化氢剂量和温度对脱色效果的影响。结果表明,3DP LaFeO_(3)/CeO_(2)/SrTiO_(3)复合材料被成功合成,呈现多孔结构,具有高的比表面积和光学特性。该催化剂在亚甲基蓝的脱色反应中表现出优异的催化性能,具有宽的pH使用范围,且能有效降低铁泥产量,大大降低二次污染。通过适当升高过氧化氢用量及反应液温度,可以提高催化剂的催化脱色性能,过氧化氢的最佳投加量为5 mL/L,反应液最佳温度为55℃。最后,提出了亚甲基蓝脱色的催化机理,在催化剂的光芬顿和光催化协同作用下,实现Fe^(3+)/Fe^(2+)和Ce^(4+)/Ce^(3+)持续循环和活性物种的产生。

三维多孔Ni_(3)S_(2)电极的形貌调控及其储钠性能

为解决Ni_(3)S_(2)钠离子电池负极在循环过程中产生的体积膨胀、材料粉化及循环稳定性差的问题,以三维多孔镍为基底,通过控制水热时间调控了Ni_(3)S_(2)电极形貌,研究了不同微观形貌对其电化学性能的影响。结果表明:在短水热时间内,三维多孔Ni_(3)S_(2)电极趋向于生成纳米片阵列;随着水热时间的增加,纳米片逐渐卷曲为纳米管阵列,最终完全转变为纳米管阵列结构。纳米管阵列在循环过程中具有更稳定的结构,确保了电子和离子的高速传输。三维多孔Ni_(3)S_(2)纳米管阵列电极具有最优的长循环性能和倍率性能,在100 mA/g的电流密度下循环200次,比容量保持279.1 mA·h/g,保持率达到53.7%,远高于三维多孔Ni_(3)S_(2)纳米片阵列电极(26.6%)和三维多孔纳米片和纳米管复合形貌的Ni_(3)S_(2)电极(38.7%)。当电流密度增大到1.6 A/g时,三维多孔Ni_(3)S_(2)纳米管阵列电极仍可提供291.1 mA·h/g的比容量。

三维多孔电磁屏蔽材料研究进展

现代战争中电磁干扰武器干扰能力的不断提高对国防安全带来的压力,以及电子信息技术迅猛发展导致的电磁干扰/污染问题,均对电磁屏蔽材料的性能提出了更高的要求。三维多孔材料独特的微观结构带来的多重反射机制使其具备轻质、屏蔽效能好等优点,因此被广泛应用于电磁屏蔽材料。基于电磁屏蔽的基本原理以及三维多孔材料在电磁屏蔽领域的应用,综述了近年来三维多孔电磁屏蔽材料的研究进展,并对其发展前景进行了展望。

利用Se-C键将硒包封于蜂窝状三维多孔炭构筑高性能锂-硒电池正极材料

锂-硒电池因其超高的体积能量密度和硒的高电导率而被认为是一种极具有发展前景的锂离子电池。然而,循环过程中电极严重的体积膨胀和多硒化物溶解,以及硒的低负载,阻碍了锂-硒电池应用的发展。解决这三个问题的一种行之有效的方法是将硒限制在具有丰富孔体积的碳基质中,并同时增强硒与碳的界面相互作用。通过将Se浸入酒石酸盐衍生的蜂窝状三维多孔炭中,合成出了一种具有Se―C键的蜂窝状三维多孔炭@硒(HPC@Se)的新型正极材料用于锂-Se电池。得到的蜂窝状三维多孔炭的孔体积可达1.794 cm^(3)g^(-1),能够均匀包封65%硒。此外,硒与碳之间的强化学键有利于稳定硒,从而进一步缓解其巨大的体积膨胀和多硒化物的溶解,还可促进循环过程中的电荷转移。该HPC@Se正极呈现出极好的循环性能和倍率性能。在0.2 C的电流密度下,经200次循环后,其比容量可保持在561 m Ahg^(-1)(为理论比容量的83%),每次循环的比容量衰减率仅为0.058%。此外,在5 C的高电流密度下,HPC@Se正极还可以达到472.8 m Ahg^(-1)的可观容量。

锂离子电池微米级三维多孔硅负极材料合成及性能研究

三维硅已被证明为极具前景的锂离子电池负极材料,然而现有的三维硅负极在循环性能和初始库伦效率等方面存在挑战。采用盐酸刻蚀、镁热还原和表面组装的策略,从天然蒙脱矿土直接制备出微米级的三维多孔硅/二氧化钛(3D pSi@TiO_(2))复合材料。结果表明:复合材料具有的三维多孔结构能够提供足够的空隙,缓解了脱-嵌锂过程中发生的体积膨胀,缩短了电子传输和锂离子扩散的路径,有利于锂离子的快速嵌入和脱出并减少极化;与二氧化钛的有效复合,进一步提高了复合材料的导电率及结构的稳定性;3D pSi@TiO_(2)负极在0.5A∙g^(-1)电流密度下循环200次后,可逆容量高达1261.19 mAh∙g^(-1)及90.79%的优异容量保持率,同时初始库伦效率可达到80.6%。

用于测定化学需氧量的三维多孔钛复合电化学传感器的制备

以三维多孔Ti为基底、Sb_(2)O_(3)-SnO_(2)和α-PbO_(2)为中间层、β-PbO_(2)为表面活性层制备了一种用于化学需氧量检测的新型电化学传感器,并考察了该传感器的电化学特性。结果表明,该传感器最优的COD检测条件为:电解电位1.6 V,支持电解质Na_(2)SO_(4)浓度0.1 mol/L,pH 5~11。最优检测条件下该传感器在50~600 mg/L COD标准葡萄糖溶液中呈现良好的线性响应性能,检出限为8.37 mg/L(S/N=3)。实验研究了6种不同有机物的ΔI与COD的线性关系,发现有机物种类会影响羟基自由基的消耗速率,进而影响检测标准曲线与检出限。为了减少误差,在测定水样的COD时,应根据水中有机物种类按照相应的比例建立工作曲线。

三维多孔碳纳米材料用于烟用纸张中五氯苯酚的测定方法研究

目的 建立烟用纸张中五氯苯酚(PCP)的快速电化学测定方法。方法 基于沸石咪唑酯骨架(ZIF)的ZIF–8、ZIF–67具有相同的晶胞参数和同构性,以ZIF–8@ZIF–67为模板制备三维纳米多孔碳(NGPC)。利用NGPC的高比表面积以及优异的电子传递效率构建的传感器(记作NGPC/SPCE)对PCP具有很好的响应。结果 在0.86 V的检测电位下,NGPC/SPCE具有较高的灵敏度(2.452μA·cm^(-2)·L·mg^(-1))。传感器对PCP的检测具有良好的选择性。传感器对PCP检测具有较好的准确度和精密度。3个浓度梯度的回收率为95.7~98.6;6次测试结果的相对标准偏差为2.07%。传感器对PCP的检测具有较好的长期稳定性。同一传感器连续检测25 d后,仍保持原先88.1%的响应。结论 文中构建的传感器适用于对烟用纸张中PCP的检测,并能获得理想的检测结果。

三维多孔SrTiO_(3)-LaCuO_(3)光催化-类芬顿法降解罗丹明B

以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,采用溶胶凝胶法和化学沉淀法制备了三维多孔(3DP)SrTiO_(3)-LaCuO_(3)催化剂,并通过XRD、SEM、BET、XPS、UV-Vis等手段进行了表征,考察了该催化剂对罗丹明B(RhB)溶液的脱色效果,分析了其降解机理。表征结果显示:3DP SrTiO_(3)-LaCuO_(3)催化剂孔道丰富,比表面积大,在200~800 nm波长范围内具有光响应。实验结果表明:在RhB初始质量浓度为100 mg/L、pH为3、双氧水加入量为1 mL/L、3DP SrTiO_(3)-LaCuO_(3)加入量为0.5 g/L的条件下,模拟太阳光照射120 min后,RhB溶液的脱色率高达98.0%;该催化剂重复使用5次后,脱色率为96.8%,表现出良好的可重复利用性。ICP-MS检测结果表明:该催化剂的活性组分不易流失,稳定性强。3DP SrTiO_(3)-LaCuO_(3)降解RhB的反应兼具光催化氧化和类芬顿氧化两种机理。

电沉积三维多孔Pt/SnO_2薄膜及其对甲醇的电催化氧化

在高电流密度下以阴极析出的氢气泡为"模板"电沉积三维多孔Sn薄膜,经在200℃2h和400℃2h热处理氧化后电沉积金属Pt,制得三维多孔的Pt/SnO2(3D-Pt/SnO2)薄膜.通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了薄膜的形貌和结构.结果显示Pt主要沉积在SnO2枝晶上,形成Ptshell/SnO2core结构的枝晶.在0.5mol·dm-3H2SO4+1.0mol·dm-3CH3OH溶液中的循环伏安结果表明,3D-Pt/SnO2薄膜电极在酸性溶液中电催化氧化甲醇的性能优于电沉积的纯铂电极,而且具有较高的稳定性.

锂离子电池三维多孔Cu_6Sn_5合金负极材料的制备及其性能

以三维多孔泡沫铜为基底,通过直接电沉积的方法制备锂离子电池Cu6Sn5合金负极材料.发现合金表面大量的微孔和“小岛”不仅增大电极的表面积,而且显著缓解充放电过程中的体积变化.测得三维多孔Cu6Sn5合金的初始放电(嵌锂)容量为620mAh·g-1,充电(脱锂)容量为560mAh·g-1,库仑效率达到90.3%,具有较好的循环性能.扫描电子显微镜(SEM)结果显示,在泡沫铜基底上制备的Cu6Sn5合金电极具有比通常的铜片基底更好的结构稳定性,经过50周充放电循环后无明显的脱落现象.

超临界CO_2诱导相分离制备聚己内酯三维多孔支架的实验研究

三维多孔支架在组织工程中有重要用途,采用超临界流体技术——超临界CO2诱导相分离工艺制备聚己内酯(PCL)三维多孔支架,研究其可行性及工艺条件对三维多孔支架孔结构及其尺寸的影响。采用自行设计的实验装置,改变初始浓度、CO2压力和温度等工艺参数制备出不同孔径的PCL三维多孔支架。通过扫描电镜观察支架形貌,利用Image-Pro-Plus软件分析支架的平均孔径与孔径分布。结果表明,利用超临界CO2诱导相分离工艺可以制备PCL三维多孔支架,支架的平均孔径在40～80μm之间,孔径分布较好;随着初始浓度的增大和温度的减小,支架的孔径减小;压力对孔径的影响不大。通过对超临界CO2/丙酮/PCL三元体系的相平衡热力学计算,对实验结果进行了定性解释。

电化学阻抗谱法研究温度对三维多孔Cu6Sn5合金电极嵌锂过程的影响

采用氢气泡为动力学模板电沉积获得多孔铜,通过热处理增强其结构稳定性,并以该多孔铜为基底电沉积获得三维多孔Cu6Sn5合金电极.采用循环伏安法研究了三维多孔Cu6Sn5合金电极的嵌/脱锂电位.采用电化学阻抗谱研究了三维多孔Cu6Sn5合金电极在不同温度下的首次嵌锂过程.结果显示,在主要的嵌锂区间内,三维多孔Cu6Sn5合金电极的Nyquist图由锂离子穿过电极表面SEI膜阻抗的高频圆弧、电荷传递阻抗的中频圆弧和相变阻抗的低频圆弧3部分组成.因此,选择合适的等效电路对阻抗谱进行了模拟,并分析了其随温度的变化规律.

三维多孔D,L-PLA骨替代材料的实验研究

目的:探讨三维多孔D,L-PLA骨替代材料降解特点及骨修复能力。方法:体外实验采用浇铸盐析技术制成三维多孔D,L-PLA材料,将其放置于PH值为7的双蒸水中观察其降解过程中pH值、分子量、重量、生物力学性能的变化。体内实验将20只兔子40只前肢制造桡骨10mm骨缺损,分别给予植入材料或作为空白对照,在2、4、8、12周取材做大体观察、组织形态学观察、X线观察、生物力学检测。结果:该材料在降解过程中重量及生物力学的变化滞后于分子量变化,0～4周时变化较小。12周时pH值为2.94,此时植入材料者骨缺损区已修复,空白对照者骨缺损两端骨髓腔闭合骨缺损区无骨长入。结论:该材料的结构及降解特点有利于骨长入,作为骨替代品具有良好的应用前景。

基于普鲁士蓝电催化的三维多孔壳聚糖膜葡萄糖生物传感器的研制

利用电沉积方法对普鲁士蓝和壳聚糖/SiO2纳米粒子复合膜进行组装,用刻蚀法除去SiO2粒子,制备出孔径大小均匀的多孔壳聚糖/普鲁士蓝膜,这种三维多孔膜具有良好的微生物环境、比表面积大、孔隙率高,有利于负载更多的葡萄糖氧化酶,从而构建了一种灵敏度高、稳定性好、响应时间短、检测范围宽的葡萄糖生物传感器。

PLA-PEG共聚物三维多孔支架的制备及表征

将D,L-丙交酯(D,L-LA)与聚乙二醇(PEG)共聚制备了一系列共聚物,并用IR、GPC和1H-NMR对其进行了表征.在此基础上,采用溶剂浇铸-柱子沥滤技术和层叠技术制备了具有一定空间形状的三维多孔组织工程支架,并研究了致孔剂颗粒尺寸及其用量对多孔支架的孔径、孔隙率的影响.结果表明,PLA-PEG共聚物的分子量随着原料中PEG含量的增加而减小;以PLA-PEG共聚物为原料制备多孔支架时,孔径的大小与致孔剂颗粒尺寸有一定的对应关系,孔隙率随着致孔剂用量的增加而增加;采用层叠技术制备的具有一定形状的三维多孔支架符合组织工程对支架材料的一般要求.

三维多孔CuCo_2O_4的制备及其超级电容性能研究

以硝酸铜和硝酸钴为原料、聚乙二醇2000为结构导向剂,用共沉淀法制备α型Co-Cu层状双氢氧化物,在200℃煅烧4h得到三维多孔钴酸铜。采用X射线粉末衍射(XRD)、循环伏安(CV)和场发射扫描电镜(FESEM)对其进行表征分析。结果表明,掺杂的Cu2+对部分Co2+进行了同晶置换,钴酸铜纳米颗粒间无序堆积形成三维多孔结构,丰富了电极材料发生氧化还原反应的活性位点,有利于电解质离子的渗透和快速迁移。将该三维多孔钴酸铜作工作电极,表现出优良的超电容性能。1A/g时比电容高达622F/g,10A/g时比电容保持率为80%,7A/g时经过2000次循环后其寿命未见衰减,具有优异的倍率特性和杰出的循环稳定性。

三维多孔锂电池材料合成模板剂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球的制备研究

采用单分散聚合法和种子溶胀法,在乙醇/甲醇体系中以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体、偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为分散剂制备聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)高分子微球,并以此作为后继制备三维(3D)多孔结构锂电池材料的合成模板剂.讨论两种合成方法获得微球的粒径均匀性和粒径分布,认为单分散聚合法能获得较为理想的模板剂,研究此方法中单体介质比和引发剂浓度对微球粒径和分散性的影响,得出最佳合成条件为:MMA/medium=13.8%(质量分数,全文同),AIBN=6g时,合成微球的粒径最均匀,平均为3.8μm,粒径分布为0.103 2.

组织工程用三维多孔支架制备技术研究进展

综述了近几年组织工程用三维多孔支架的制备技术及研究成果,传统技术包含微球烧结法、溶液浇铸/粒子沥滤法、热致相分离/冷冻干燥法、静电纺丝法、快速成型法等;超临界技术包括超临界CO2发泡法、超临界CO2乳剂制模法、超临界CO2静电纺丝法、超临界辅助相分离法、超临界CO2溶剂去除法、离子液体聚合物混合干燥法等。重点评述了超临界流体技术在组织工程用三维支架制备中的发展前景。