纳米TiO_(2)对NH_(3)-H_(2)O-LiBr工质降膜吸收性能的影响

为了探讨纳米TiO_(2)对三元NH_(3)-H_(2)O-LiBr工质降膜吸收的影响,本文利用数值分析建立了三元工作流体薄膜吸收的连续方程、能量方程和组分质量平衡方程,采用Matlab软件进行编程和计算纳米流体的降膜吸收性能,将其与实验数据进行对比验证,并进一步分析了纳米TiO_(2)质量分数、初始氨浓度、初始温度、冷却水进口温度、吸收压力和下降薄膜管长度对薄膜吸收性能的影响。研究表明:添加纳米TiO_(2)可以增强降膜吸收的传质速率,主要原因为液膜中氨的扩散系数增加。当纳米TiO_(2)质量分数从0%增加到0.1%、0.3%和0.5%时,扩散系数分别增加了3.44倍、6.42倍和11.76倍。此外,增加初始氨浓度、降低初始温度、提高冷却水进口温度或降低吸收压力都可以提高最终溶液的饱和度。

复合改性纳米TiO_(2)催化降解五氯苯酚的试验研究

为了探究纳米C-Co/TiO_(2)催化剂降解五氯苯酚的动力学特性,采用溶胶-凝胶法,制备了C、Co双元素掺杂复合改性的纳米C-Co/TiO_(2)催化剂。利用XRD、SEM-EDS、UV-vis进行表征分析,结果表明:掺杂C、Co元素后,纳米C-Co/TiO_(2)晶型未发生改变,特征峰强度增强,晶体结晶性好,粒径约为12.08 nm;催化剂表面呈现球状堆积形貌,比表面积大,有利于反应物吸附脱附;与纯TiO_(2)相比,催化剂带隙能降低,对可见光的响应性增强。结合降解过程中产物的紫外吸收光谱,探究五氯苯酚的催化降解机理。根据试验检测结果,分析拟合初始浓度与降解速率的线性关系,得到光催化降解五氯苯酚的L-H模型动力学方程:r0=0.38491 0.0951C_(0)/1+0.0951C_(0)。

超声波辅助射流电沉积Ni-W-Al_(2)O_(3)纳米复合镀层工艺参数优化及性能研究

为提高农机部件表面耐磨性能,采用超声波辅助射流电沉积方法制备Ni-W-Al_(2)O_(3)纳米复合镀层。利用JMP软件中预制的响应曲面刻画器、等高线刻画器及预制刻画器分析不同工艺参数(射流速率、Al_(2)O_(3)纳米粒子含量及超声波功率)间交互作用对纳米复合镀层显微硬度的影响,确定最佳工艺参数组合。为验证制备NiW-Al_(2)O_(3)纳米复合镀层最优工艺参数组合,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、显微硬度计及摩擦磨损试验机等设备,测试不同工艺参数组合下制备的纳米复合镀层表面形貌、组织结构及性能。结果表明:射流速率、Al_(2)O_(3)纳米粒子含量、超声波功率、二次交互项及二次幂项均对纳米复合镀层显微硬度影响较为显著。经JMP软件优化后的制备工艺参数组合为:射流速率3.71 m·s^(-1),Al_(2)O_(3)纳米粒子含量15.38 g·L^(-1),超声波功率210 W。最优工艺参数组合制得纳米复合镀层具有表面形貌致密、晶粒细化程度高、显微硬度大(724.9 HV)、摩擦系数及磨损量低等特点。

CdS纳米颗粒修饰黑色Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管用于高效光催化制氢研究

使用高效分级的半导体光催化剂进行光催化分解水产氢是解决目前面临的能源和环境危机的一个很有前景的策略。在这项工作中,通过阳极氧化法和NaBH 4氢化还原TiO_(2)纳米管阵列以及溶热法设计并制备立方稳态闪锌矿CdS NPs修饰于黑色Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管的三元复合光催化剂。从扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)的分析结果中可以确认CdS NPs在Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管中的负载情况。样品BTC-1∶1表现出较高的催化性能(氢气生成率为2.77mmol/(g·h),明显高于B-TiO_(2)和CdS,分别约13倍和3.6倍)。构建异质结可以拓宽可见光的响应范围,也可以分离电子-空穴对,同时保留较高的电子-空穴氧化还原电位用于光催化反应。该研究为制备高效光解水产氢材料提供了合理的设计。

表面电性对TiO_(2)纳米管-SiC复合填料去除养殖废水中氨氮效率的影响研究

试验旨在探究二氧化钛(TiO_(2))纳米管-碳化硅(SiC)复合填料在净化养殖废水方面的性能。试验采用不同前驱体通过碱性水热合成方法合成3种不同粒径和晶相的TiO_(2)纳米管,测试了3种TiO_(2)纳米管的表面电性、X射线衍射图谱和场发射扫描电镜。研究TiO_(2)纳米管负载于SiC片上并覆盖微生物膜后,在紫外光照射和黑暗条件下去除养殖废水中氨氮污染物的性能。结果表明,晶相为锐钛矿的前驱体合成的TiO_(2)纳米管表面带负电,晶相为金红石和锐钛矿混合的前驱体合成的TiO_(2)纳米管表面带正电,而表面带正电的TiO_(2)纳米管能促进带生物负电的微生物的挂膜,进而促进对养殖废水中氨氮的去除作用;其中,负载P25 TiO_(2)纳米管的SiC片对氨氮的去除率在紫外光照射和黑暗条件下的去除率分别为86.1%和58.9%。研究表明,与黑暗条件相比,紫外光照射会影响TiO_(2)的光催化活性并提高TiO_(2)纳米管-SiC复合填料去除养殖废水中氨氮的效率。

g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料的制备及催化果糖脱水制5-羟甲基糠醛的研究

采用水热法制备g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料,并将其应用于果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)。利用SEM、TEM、XRD、FTIR、BET等检测手段对g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料的形貌、晶型、基团和比表面积进行了表征,同时研究了反应温度、反应时间、催化剂用量及溶剂种类对果糖转化率、5-HMF的收率和选择性的影响,此外,还考察了催化剂的稳定性。结果表明,g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料具有三维立体网状结构,比表面积达到了31.4782 m^(2)/g,对果糖脱水反应具有良好的催化活性;在果糖质量为5.0 g、二甲基亚砜用量15 mL、g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO用量1.0 g、反应时间3 h、反应温度150℃的条件下,果糖的转化率为98.5%,5-HMF的收率为69.7%,选择性为70.8%;5次循环使用后,5-HMF的收率仍能达到58.8%,表明g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料的催化稳定性良好。

水热合成PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料及其光催化降解有机物的应用

为探究钙钛矿氧化物基复合材料的光催化性能,以具有规则暴露面的钙钛矿相PbTiO_(3)微米片为衬底,通过水热法制备了一系列不同负载浓度的钙钛矿相PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料,通过XRD、SEM、BET、XPS和UV-Vis对所制备样品进行了系统的微结构表征及光学特性分析,并测定PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料在不同光源辐照下对30 mg/L罗丹明B(Rh B)水溶液的催化降解性质。结果表明:TiO_(2)单晶颗粒在钙钛矿相PbTiO_(3)微米片表面呈现团聚生长,颗粒尺寸为30~50 nm;随着反应物中钛酸丁酯(TBOT)的增加,钙钛矿相PbTiO_(3)微米片表面生长的TiO_(2)量增多;PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料对Rh B水溶液均表现出光催化降解特性,其中以加入0.6 mL TBOT制备的复合材料(S2)催化性能最优,在模拟太阳光辐照下于90 min内对Rh B降解效率可达95.80%,在可见光照射下于180 min内对Rh B降解效率为81.86%;PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料的禁带宽度减小,有利于光生载流子的形成,从而有效提高了其光催化性能,也为半导体复合光催化剂的材料设计和性能优化提供了支持。

TiO_(2)复合纳米材料在电化学酶传感器中的应用

近年来,生物传感器逐渐普及到各领域,如食品检测、生物医疗、化学分析等。随着纳米技术领域的快速发展,通过将各种纳米技术应用到电化学酶传感器,促进电化学酶传感器向全新方向发展。目前,纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特征,与其他材料相比较,其具有光、磁、电等突出表现。在生物传感器方面,要求电极材料具有良好的导电性和相容性,能同步负载大量的生物酶分子,提高生物酶分子与电极间的传递效率,缩短效应时间,提高传感器的灵敏度,从而实现传感器性能最佳化。

纳米SiO_(2)、纳米TiO_(2)和纳米CaCO_(3)对水泥基材料早期性能的影响

采用纳米SiO_(2)、纳米TiO_(2)和纳米CaCO_(3)分别替代部分水泥,研究了3种不同类型的纳米颗粒对水泥基材料流变性能、早期水化过程、早期强度和微观特性的影响。通过压汞孔隙度测定法(MIP)、热重分析仪(TG)、X射线衍射法(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)观察纳米材料对水泥基材料早期微观结构及形貌的影响。探讨了3种纳米颗粒在改善水泥混凝土材料早期强度方面的差异。结果表明,纳米材料的填充效应、火山灰活性、成核效应,纳米尺寸效应及分散性等对水泥混凝土材料的早期力学性能有显著影响。

纳米TiO_2/CaCO_3-玄武岩纤维复合改性沥青的路用性能

为了同时改善沥青高温稳定性和低温抗裂性,本文选用纳米TiO_2/CaCO_3和玄武岩纤维对沥青进行复合改性。采用锥入度试验、软化点试验、延度试验、黏度试验、动态剪切流变试验以及低温弯曲蠕变试验对复合改性沥青的高温稳定性和低温抗裂性进行评价。结果表明:掺入纳米TiO_2/CaCO_3和玄武岩纤维可有效提升沥青的抗剪切强度和黏结力,增强高温抗永久变形能力;掺入纳米TiO_2/CaCO_3和玄武岩纤维后沥青低温延展性降低,在改性材料掺量较低时弯曲蠕变速率升高,低温应力松弛能力增强,改善了低温性能;同时掺入两种改性材料对于沥青性能的改善作用具有叠加效应,在沥青路面中进行应用有利于进一步提高其使用寿命。

Fe_(2)O_(3)/PFD纳米复合材料的制备及光催化性能研究

以糠醛(FD)和Fe(NO_(3))_(3)·9H_(2)O为主要原料,采用聚合-热转化两步法探究了Fe_(2)O_(3)/PFD纳米复合材料的制备过程。通过TEM,XRD等技术对Fe_(2)O_(3)/PFD的尺寸、结构等进行了表征;通过室温、自然光环境下亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解实验给出了该材料的光催化特性。结果表明,Fe_(2)O_(3)/PFD在25 min内可使MB溶液完全脱色并降解。

CaCO_(3)为钙源固相法合成榍石时SiO_(2)和TiO_(2)物相的影响

采用榍石为主要乳浊相物质制备陶瓷釉面具有广阔的前景,而固相法是合成榍石的有效手段。因此,明确原料的物相在固相法合成榍石过程中对其结构和性能的影响至关重要。以CaCO_(3)为钙源,通过CaCO_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)体系固相法煅烧合成榍石(CaTiSiO_(5))过程所用不同物相SiO_(2)和TiO_(2)对榍石产物成分、颗粒形貌的影响,对反应机理和榍石产物的主要物理性能进行了分析和测试。结果表明,当SiO_(2)和TiO_(2)均为非晶相物质(白炭黑和偏钛酸)时,将CaCO_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)在1200℃煅烧,可得到由单一榍石相组成的产物;而SiO_(2)和TiO_(2)均为晶体(石英和锐钛矿),或其中一种为晶体时,1200℃煅烧产物主要成分为榍石,同时含少量石英和金红石。说明SiO_(2)和TiO_(2)为非晶相物质有利于提高CaCO_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)高温时各组分的化合反应程度,抑制各组分形成游离态和发生自身相变。本研究为以CaCO_(3)为钙源,通过固相法合成高品质榍石及消除TiO_(2)高温时游离态和自身相变提供了一条可行途径。

纳米CaCO_(3)与碳粉低热固固耦合原位制备纳米CaO和CO

高温条件下固相CaO可直接与CO_(2)反应生成CaCO_(3),CO_(2)捕集率达78.57%(质量分数),是解决碳排放的高效手段。钙循环技术中如何降低CaCO_(3)分解温度、CaO再生和CO_(2)利用是关键问题。研究通过纳米CaCO_(3)和碳粉的低热固固耦合反应同时实现纳米CaO再生和CO_(2)原位转化为CO,使纳米CaCO_(3)分解温度下降46℃,分解速率提高约50%,再生的多孔纳米CaO粒径小而均匀,可再次捕集CO_(2)实现钙循环利用,由CO_(2)转化的CO可应用于工业合成气。纳米CaCO_(3)和碳粉具有原料来源广泛、价格低廉、安全性高、运输便捷等优点,该低热固固耦合反应在低成本前提下具有提高CO_(2)捕集和利用效率的潜力。

化学混凝-TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)光催化降解处理印刷废水

为了实现对高色度和高化学需氧量实际印刷废水的高效降解,采用混合法制备了TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、N_(2)吸附-脱附、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、稳态荧光光谱(PL)、瞬态光电流(TPC)和电化学交流阻抗(EIS)等表征技术对复合光催化剂的物相晶型、比表面积、光化学和电化学性能进行了全面的表征。TiO_(2)与g-C_(3)N_(5)复合后形成异质结,提高了对可见光的吸收和转化能力,拓宽了光谱响应范围,有效抑制了光电子-空穴的复合,TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)比表面积达到了76.77 m^(2)/g。以FeCl_(3)和聚丙烯酰胺(PAM)为混凝剂和助凝剂对实际印刷废水进行预处理,实现了对印刷废水中悬浮物的去除。在Ti O_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂投加量为0.8 g/L、光照时间为60 min、印刷废水p H为5的条件下光催化处理实际印刷废水,实际印刷废水的COD去除率和色度去除率分别为94.36%和96.82%。循环使用10次后TiO_(2)/g-C_(3)N_(5)复合光催化剂对实际印刷废水的COD去除率和色度去除率分别为89.76%和90.34%,仍具有良好的处理效果。

NbMoWTa-Al_(2)O_(3)固体润滑复合材料的宽温域摩擦磨损性能

通过高能球磨和放电等离子烧结方法制备了新型NbMoWTa难熔高熵合金基固体润滑复合材料。系统研究了纳米Al_(2)O_(3)作为固体润滑剂对NbMoWTa难熔高熵合金宽温域摩擦学性能的影响。结果表明:纳米Al_(2)O_(3)颗粒在具有BCC结构的NbMoWTa难熔高熵合金基体相晶界和晶内均匀分散,强烈的弥散强化显著提升了NbMoWTa的显微硬度。纳米Al_(2)O_(3)颗粒在室温至800℃范围内降低摩擦因数和磨损方面有显著作用。室温下,由于复合材料的显微硬度显著提升,添加足量的纳米Al_(2)O_(3)实现了复合材料耐磨性的提升。在中高温下,复合材料表面形成的连续致密氧化摩擦层对提升摩擦学性能起着关键作用。纳米Al_(2)O_(3)颗粒协助氧化摩擦层承载更大的载荷,提高其致密性及稳定性,从而更有效地保护基体。此外,在800℃下纳米Al_(2)O_(3)颗粒的存在能够抑制MoO_(3)的过度挥发。

多温度下复合纳米TiO_(2)/CaCO_(3)改性沥青混合料的黏弹特性分析

以沥青针入度、延度及软化点试验确定复合纳米TiO_(2)/CaCO_(3)的最优掺量为5%,并以此掺量制备纳米改性沥青混合料;分别在20、35、50℃条件下对沥青混合料进行单轴压缩蠕变试验,试验结果采用Arrhenius函数、Burgers及其修正模型从能量学、力学角度进行分析。结果表明:掺入5%复合纳米TiO_(2)/CaCO_(3)时,沥青混合料的稳态蠕变速率在20、35、50℃时分别降低了26%、35%、53%,蠕变激活能提高了约20%,沥青混合料的高温抗车辙性能显著提高;掺入复合纳米TiO_(2)/CaCO_(3)改变了沥青混合料的黏弹性,温度升高到50℃时,纳米改性沥青混合料的η1显著高于基质沥青混合料,而2种沥青混合料的E1趋于相同,同时E1和η1与温度呈指数函数关系。

纳米CaCO_3/TiO_2/SBR复合改性沥青性能与机理研究

采用硅烷偶联剂KH560对纳米CaCO_3和纳米TiO_2表面进行有机化改性,以改善有机物与无机物之间的相容性。采用搅拌与高速剪切的方法制备纳米CaCO_3/TiO_2/SBR复合改性沥青,采用正交实验,通过常规性能试验优选出最佳组合方案。并研究复合改性沥青常规、非常规性能。结果表明:复合改性沥青的最佳组合方案为,5%CaCO_3+1%TiO_2+3%SBR,该种复合改性沥青与基质沥青相比具有很强的高温抗车辙能力,在温度达到88℃时仍能满足规范的要求,低温性能有明显提高,抗老化性能也有显著提高。可以满足夏热冬寒地区的要求。

FeS_(2)/g-C_(3)N_(4)纳米复合材料的制备及其摩擦学性能探究

研究水热法合成FeS_(2)/g-C_(3)N_(4)纳米复合材料在环氧树脂涂层中的摩擦学性能。X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪表征FeS_(2)与g-C_(3)N_(4)结合很好,化学纯度较高。扫描电子显微镜、透射电子显微镜表征FeS_(2)很好结合在g-C_(3)N_(4)纳米片表面形成球/片二维结构,FeS_(2)粒径约200 nm。摩擦学性能测试结果显示,添加FeS_(2)/g-C_(3)N_(4)的环氧树脂润滑涂层润滑效果极佳、抗磨性能较高,是具有应用前景的新型复合涂层材料。

碳量子点-纳米TiO_(2)复合光催化剂对污水中Cr(Ⅵ)的去除研究

为了开发高效的重金属离子可见光催化剂,以枸杞为碳源采用微波法制备碳量子点(Carbon Quantum Dots,CQDs),以三氯化钛溶液为前驱体,通过水热法制备纳米TiO_(2),并用硅烷偶联剂(KH-540)对纳米TiO_(2)表面进行改性,将改性后的纳米TiO_(2)与枸杞碳量子点复合制备出复合光催化剂(CQDs/TiO_(2)),并在含Cr(Ⅵ)废水pH值=3及pH值=7的条件下研究了CQDs/TiO_(2)对紫外光和可见光作用下的催化性能。研究结果表明:无论是紫外光还是可见光,初始pH值=3时CQDs/TiO_(2)和纳米TiO_(2)对溶液中Cr(Ⅵ)的催化去除率均比pH值=7时高;在初始pH值=3,Cr(Ⅵ)初始质量浓度为10 mg/L,CQDs/TiO_(2)投加量1 g/L的条件下,Cr(Ⅵ)的可见光催化去除率可达61%,比单独TiO_(2)提高了20%。该碳量子点-TiO_(2)复合光催化剂的制备可明显提高溶液中Cr(Ⅵ)的去除,可为污水中其他重金属离子的去除提供参照,具有显著的研究意义。

TiO_(2)纳米粒子增强超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复合材料的性能

利用硅烷偶联剂KH570对TiO_(2)纳米粒子进行表面改性,然后制备塑化超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/TiO_(2)复合材料,最后通过密炼-模压法制备不同含量和粒子尺寸的TiO_(2)纳米粒子增强PE-UHMW/高密度聚乙烯(PE-HD)复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描量热仪、万能试验机、流变仪表征测试复合材料的微观结构、结晶、力学及流变性能。结果表明,低含量的Ti O2纳米粒子(质量分数0.1%)能在聚合物基体中分散良好,使复合材料的力学性能、结晶度及流动性均有显著提升;随粒子尺寸增加,材料强度和刚度降低,断裂伸长率和熔体剪切黏度先增加后降低。然而,高含量粒子分散困难、易形成大的聚集体,导致复合材料性能下降。当TiO_(2)纳米粒子尺寸为5~10 nm、质量分数为0.1%时,复合材料展现出优异的力学性能和加工性能,拉伸强度和拉伸屈服强度分别高达58.21 MPa和44.53 MPa,且熔体剪切黏度下降19.7%。