多层级孔材料及水体微塑料处理的研究进展

微塑料对自然环境的污染,尤其是对水体的污染越来越为人们所重视。如何有效去除水体环境中此类污染物,已成为目前国内外研究热点。由于具备多层级孔径的多孔结构,以及对微尺度颗粒较好的吸附特性,多层级孔材料在水体环境污染物的处理方面表现出广阔应用前景。综述了近年来多层级孔材料及在水体微塑料污染处理方面的研究与进展,提出了多层级孔材料在水污染治理应用中所存在的问题,并展望了未来的发展方向。

层级孔喷涂粉末构筑及新一代长寿命热障涂层材料的研究进展

广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机中的热障涂层具有低热导率和良好的耐温性能,能够降低涡轮叶片表面温度,使高温结构件能在高于其熔点的环境中长时间高效率的服役。热障涂层的性能和寿命受到陶瓷层材料与其结构的直接影响,采用可控原料粉末对陶瓷涂层进行微观结构调节的方法可以减少涂层中的应变-应力失配,具有操作灵活、效果显著、调控范围广等优势。针对传统热障涂层应变容限低,抗热震性能不足等问题,本团队开发了静电喷雾技术结合相分离原理(ESP)制备新型热喷涂微球粉末的造粒理论和实现方法,实现了对粉末形貌结构的精确构筑,可用于制备核壳、均质和层级孔等全体系喷涂微球粉末。与传统的喷涂粉末相比,其中层级孔微球粉末(由特殊的纳米-微米层级跨尺度孔构成)呈现耐烧结、低热导率、高比强度及95%以上的高温波段反射率特点。使用层级孔微球粉末喷涂的热障涂层由于层级孔特征结构的保留,展现出优异的力学性能和隔热性能,热循环寿命提升2倍以上,热导率下降50%以上,且在服役过程中体现出良好的抗烧结性能。ESP造粒技术为新型热障涂层材料从材料设计到工程应用提供了一种快速的涂层性能调控方法,现已成功应用于稀土锆酸盐、稀土钽酸盐和稀土掺杂YSZ高熵体系等新型热障涂层的制备之中,随着层级孔结构对材料力学、光学、热学的深入研究及其内部拓扑结构的精确控制,未来将会在航空航天、军事国防、荧光测温等领域获得更为广泛的应用。

石墨烯基氮掺杂层级孔碳负载钯及其PTA加氢精制应用

以氧化石墨烯为结构导向剂,间苯二酚-甲醛-三聚氰胺为前驱体,其中三聚氰胺为氮源,经溶胶-凝胶法及炭化制备得到厚度均一可控、氮含量可调的三维堆叠石墨烯基氮掺杂层级孔碳纳米片(NCNS),负载Pd后的Pd/NCNS催化剂用于PTA加氢精制。与商用Pd/C催化剂相比,制备的Pd/NCNS催化剂表现出更高的活性,这可归因于其较短的扩散通道、氮掺杂及其所致的高Pd分散度。

反应性硬模板制备多孔氮掺杂碳的电化学性能

以葡萄糖(G)、尿素(U)、碱式碳酸盐和碳酸钾(PC)分别为碳前驱体、氮掺杂剂、反应性硬模板和活化剂,采用模板碳化-化学活化法合成了层级多孔氮掺杂碳材料。研究了各前驱体质量比、硬模板类型对其结构进而对其用作超级电容器电极性能的影响。结果表明:在800℃裂解温度下,G、U、碱式碳酸锌(BZC)和PC的质量比为2∶1∶2∶2时,制备的多孔氮掺杂碳(G/U-BZC-PC)呈现出珊瑚状、多级孔(微-介),具有大的比表面积(3000 m^(2)/g)、较高的石墨化程度以及低的电荷转移电阻;在1 A/g电流密度下,其扣式电池(6 mol/L KOH)的比电容为301.9 F/g,且具有较好的倍率性能,增大至10 A/g时,其电容保持率为89.4%;另外,在10000次充放电循环后,其电容保持率为98.1%。

层级式孔板排水采气工艺设计及性能对比

排水采气技术在气井生产过程中占有重要地位,用试验及对比的方式分析验证了层级式孔板排水采气技术的原理,通过安装于管筒内类似于倒置漏斗形的多级孔板,以气体为动能,利用层级式孔板减少液体回流,使液体通过层级式孔板逐级上升.研究发现,加入层级式孔板对于气体和泡沫携液能力具有重要影响:能够提高气体携液能力,减少管筒液体回流量,具有提高排液效果的作用.层级式孔板排水用于气井增产的方法和原理是成立的,与其他排液方式相比,具有原理简单、排液效果好、对环境影响小、效果持久的优势.

静电喷雾法/原位洗脱法结合制备电致变色薄膜

电致变色材料在提倡低碳节能的发展理念下有很好的发展前景,而探索一种高效简单且性能优异的制备工艺尤为重要。利用静电喷雾法结合原位洗脱法制备了聚合物电致变色薄膜。根据电解质盐的颜色适配性和溶解性,选择四丁基高氯酸铵(TBAP)作为模板剂,在易加工的TPA-OMe-PA溶液中添加不同比例的电解质盐,然后利用静电喷雾技术在ITO玻璃表面沉积制备薄膜,再通过原位洗脱法去除其中的模板剂-电解质盐,最终制备出含有多层级孔结构的聚合物薄膜。采用电子扫描显微镜对其形貌进行分析,利用电化学工作站结合紫外/可见/红外光谱仪研究了薄膜的电致变色性能。研究结果表明,利用静电喷雾技术与原位洗脱法制备的聚合物薄膜具备多层级孔结构和良好的电致变色性能。其中电解质含量为33.3%(质量分数)时,多层级孔隙率最高,且电致变色性能最为优异,漂白时间/着色时间缩减至0.6 s/1 s,着色效率达到608.2 cm^(2)·C^(-1),为已报道基于相同材料的电致变色薄膜的最快响应速度。

Numerical analysis of reflective cracking and fatigue lives of semi-rigid pavement structures using ABAQUS and FE-SAFE

In order to compare the impact of thickness of different layers on fatigue lives of different semi-rigid asphalt pavement structures, the mechanical results from finite element models in ABAQUS are incorporated with the fatigue results from fatigue models in FE-SAFE to calculate the mechanical response and fatigue lives of semi-rigid pavement structures under heavy traffic loads. Then the influences on fatigue lives caused by the changes in the thickness of layers in pavement structures are also evaluated. The numerical simulation results show that the aggregated base and the large stone porous mixture （LSPM） base have better anti-cracking performance than the conventional semi-rigid base. The appropriate thickness range for the aggregated layer in the aggregated base is 15 to 18 cm. The thickness of the LSPM layer in the LSPM base is recommended to be less than 15 cm.