生物炭-壳聚糖复合材料对镉污染土壤的修复效果研究

[目的]探讨生物炭-壳聚糖复合材料(CBC)对镉(Cd)污染土壤的修复效果。[方法]以黑麦草为供试植物进行盆栽试验,探究向酸性低镉土壤、中性高镉土壤和碱性高镉土壤中分别添加0、0.5%、1.0%和3.0%(W/W)的CBC时,土壤pH、全镉含量、有效态镉含量、黑麦草根和茎叶的生物量以及其中的全镉含量变化情况。[结果]施用CBC可以提高酸性和中性土壤的pH。随着CBC施用量的增加,土壤中有效态镉含量降低,当施加量至3.0%时达到显著水平。CBC可以钝化土壤中的镉活性,其钝化效果与土壤污染程度、酸碱性密切相关。随着CBC施加量的增加,黑麦草根和茎叶中镉含量降低,尤其植物地上部分降低效果明显,也证明了CBC对土壤中镉具有钝化作用;黑麦草的富集系数(BCF)和转运系数(TF)随CBC施用量的增加而减小,表明施用CBC能够减弱土壤中的镉向植株体内的迁移,从而达到缓解镉毒害的作用。[结论]CBC可以用于镉污染土壤的修复,尤其是在污染程度严重的酸性土壤中效果更加显著。

采用Z-Pin增强体的3D炭/炭复合材料层间断裂行为(英文)

采用炭纤维平纹织物和精细Z pin制备了新型3D炭纤维预制件,炭基体采用等温化学气相沉积和高温煤沥青高压浸渍炭化制备。短梁剪切试验和开口拉剪试验用来表征Z pin增强体对剪切破坏模式的影响。短梁剪切失效模式为假塑性,而拉剪失效模式为非假塑性破坏。分析了产生此现象的机制,短梁剪切假塑性失效由炭/炭复合材料叠层中纤维束内、纤维束间和叠层间微裂纹扩展形成,而产生拉剪失效的单一层间裂纹扩展不引起宏观假塑性现象。采用Z pin作为提高层间剪切强度的增强体间隔1.5mm比间隔2.5mm可提高剪切强度40%～50%,该技术将成为3D炭/炭复合材料预制体制备更为先进的技术。

粒状增强体种类对沥青基炭复合材料性能的影响(英文)

采用普通液压机及新型的模压半炭化成型工艺,在大气环境下制备出了高密度、低成本、应用广的三种焦炭(冶金焦、沥青焦Ⅰ和沥青焦Ⅱ)颗粒增强的沥青基炭复合材料(简称PCCs)。通过对PCCs材料先后进行快速焙烧处理,沥青浸渍-炭化致密化处理和高温石墨化(2 373K)处理,制得了PCC材料的焙烧样品、致密化样品和石墨化样品。通过力学性能试验,SEM和XRD等方法,研究了增强体焦炭颗粒的种类对沥青基炭复合材料的体积密度和抗压强度的影响。结果表明:PCCs材料抗压强度的高低,除了与其体积密度相关外,还与其所采用的增强体焦炭颗粒的耐压强度、微观结构和表面状态有密切的关系。焦炭颗粒的耐压强度愈高、表面越粗糙、开孔孔隙越多,其对沥青基炭复合材料的增强作用也就越显著。无论PCCs材料是焙烧样品、致密化样品、还是石墨化样品,用磨碎冶金焦制备的PCCs材料的三种样品的抗压强度最大,用沥青焦Ⅱ制备的PCCs材料的次之,用沥青焦Ⅰ制备的CRPCC材料的最小。粒状增强体的种类对CRPCC材料的力学性能不仅具有非常重要的影响,而且其强度也具有一定的遗传性。

炭纳米纤维增强炭/炭复合材料研究现状和发展趋势

与传统的C／C复合材料相比，CNFs增强C／C复合材料具有更加优异的力学、热物理和摩擦性能等性能，是C／C复合材料领域重点研究和发展的方向之一。

气相生长炭纤维增强酚醛树脂制炭炭复合材料及其物性之研究

以气相生长炭纤维含浸酚醛树脂后经炭化及石墨化处理 ,制成炭 炭复合材料。观察了不同纤维百分含量的复合材料在升温过程的微细结构及物性之变化 ,探讨了其强度及电性的变化 ,并以扫瞄式电子显微镜 (SEM )观察破断表面 ,观察各种复合材料经不同温度处理后之破坏行为。研究结果显示 ,以气相生长炭纤维所制复材经温度处理后 ,可以改善其抗弯强度及导电性 ,最佳纤维含量质量分数为 0 .5 %。超过此比率后 。

诺氟沙星在壳聚糖-生物炭复合材料上的解吸行为研究

吸附材料再生可以实现吸附材料的循环使用,降低处理成本。本文研究了壳聚糖-生物炭复合材料上诺氟沙星(NOR)解吸的影响因素,考察了NOR解吸动力学过程,并通过多次再生实验探讨了其重复使用潜力。结果表明,以NaOH为解吸剂时有利于促进壳聚糖-生物炭复合材料上NOR的解吸,随NaOH浓度的提高,NOR的解吸率增大。溶液离子强度提高了NOR的解吸率,离子强度为0.1mol/L时NOR的解吸效果最好。热力学参数ΔG和ΔS表明该解吸过程是自发进行的吸热反应。NOR在壳聚糖-生物炭复合材料上的解吸主要受慢解吸和极慢解吸控制。双常数方程和Elovich方程可较好描述复合材料上NOR的解吸动力学行为。壳聚糖-生物炭复合材料重复使用6次后,NOR的解吸率为66.88%,吸附量为8.675mg/g,表明壳聚糖-生物炭复合材料具有较好的可循环利用潜能。

壳聚糖/生物炭复合材料对Cr离子的吸附性能

通过浸渍法制备不同负载量的壳聚糖/杏壳生物炭(C-ABC)和壳聚糖/椰壳生物炭(C-CBC)复合材料。利用SEM和XPS对复合材料进行了表征分析,研究复合材料对电镀废水中Cr等的吸附性能。结果表明,壳聚糖/生物炭形成了具有疏松多孔结构、大量表面官能团和表面电荷的复合材料。C-ABC和C-CBC对Cr(Ⅵ)的吸附量分别达到了1.621 mg/g和1.615 mg/g,去除率达到了97.3%和96.9%,壳聚糖/生物炭具有较好的回收性能。Langmuir等温模型和准二级动力学模型能更好地描述吸附过程。热力学研究表明,壳聚糖/生物炭对Cr吸附是自发、吸热和不可逆的过程。通过实际废水实验,表明壳聚糖/生物炭可用于电镀废水重金属污染物的潜在生物质吸附剂。

致密工艺对炭布增强2D-C/C复合材料力学性能的影响

研究了液相浸渍及化学气相法致密工艺对二维炭 炭 (2D C C)复合材料力学性能的影响 ,尤其是对层间剪切强度 (ILSS)的影响。结果表明 :液相浸渍法增密周期短且致密效果好 ,但材料强度不高 ;而化学气相沉积(CVD)致密周期长 ,但材料层剪强度高 ;采用两种工艺联合致密 ,材料界面结合强度适中 。

炭/炭复合材料高温力学行为研究

借助三点弯曲试验和扫描电镜观察,对层压结构C C(2D)、三维整体编织结构C C(3D)在高温1700℃及室温下的弯曲力学行为进行了研究,总结了各自性能及损伤破坏的特点。试验结果表明:3DC C以纤维断裂的形式发生弯曲破坏,其弯曲强度、模量均远大于2DC C;对于2DC C,其弯曲破坏模式为基体的层间开裂,材料性能在很大程度上受到炭基体以及界面状态的控制;C C复合材料在高温下弯曲力学性能大幅提高,强度增加幅度高达45%以上,模量增加幅度达15.3%;高温下界面粘结强度增加,导致3DC C的损伤破坏模式有所变化。

溶聚丁苯橡胶/炭黑/短纤维复合材料的取向结构与力学性能

研究了溶聚丁苯橡胶(SSBR)/炭黑/短纤维复合材料(SFRC)的力学性能和短纤维在橡胶中的取向度及其黏合效果,分析了短纤维的黏合作用对复合材料应力应变形为的影响。结果表明,短纤维的加入显著提高了SFRC的撕裂强度、10%定伸应力及邵尔A型硬度;短纤维用量小于30份时,2种预处理短纤维的取向度呈增长趋势,且尼龙短纤维的取向度明显高于聚酯短纤维;SFRC在平行方向上有不同程度的屈服现象,且添加聚酯短纤维的SFRC屈服应变及应力值小于添加尼龙短纤维的SFRC,SFRC在垂直方向没有应力屈服现象;预处理短纤维与橡胶的黏合效果优于未处理短纤维。

指尖密封用炭-炭复合材料摩擦磨损性能

为确定指尖密封用炭-炭(炭纤维增强炭基体)复合材料的摩擦学性能,针对指尖密封的轻载使用条件,应用UMT-2摩擦磨损测试仪进行炭-炭复合材料摩擦磨损性能试验,测量摩擦系数与磨损率,并采用扫描电子显微镜(SEM)分析材料的摩擦磨损机理.结果表明,无纬布层垂直于摩擦平面时,材料的摩擦系数和磨损率较低.载荷增加,较高密度材料的磨损率增加缓慢,摩擦系数减小.与载荷相比,材料磨损率受频率的影响较小,且随频率升高摩擦磨损性能越好.磨损表面的SEM分析表明:低频、低载条件下材料发生磨粒磨损;频率的提高加快磨屑膜的成形,自润滑能力增强;载荷的增加虽使磨屑快速被挤压形成磨屑膜,但磨屑膜被不断挤出剥落,纤维裸露断裂产生严重磨损,这一点在材料密度较低时表现更为显著.选用较高密度的材料以及布置无纬布层垂直于摩擦平面可以有效缓解密封材料的磨损.

壳聚糖纳米纤维/PMMA复合材料的制备及性能分析

利用壳聚糖(Chitosan)纳米纤维对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)进行增强改性,通过浸渍法制备Chitosan/PMMA复合薄膜材料,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、热性能分析仪(DMA、TMA)、紫外分光光度计等对其性能进行表征。结果表明,浓碱处理甲壳素能够获得壳聚糖;薄膜的断面呈现明显的层状结构;Chitosan/PMMA复合材料的透光率比纯纤维膜提高了约11%;在PMMA中添加壳聚糖纳米纤维能够显著降低树脂的热膨胀系数(CTE),在20～100℃的范围内,添加60%壳聚糖纳米纤维的复合材料的CTE为33.85×10-6K-1,接近于纯PMMA树脂CTE的1/6;Chitosan/PMMA复合样品的储能模量达到了6 GPa,较纯PMMA增加了2倍。

炭纤维增强壳聚糖内固定棒的家兔热原试验

目的:检验自制炭纤维增强壳聚糖骨折内固定棒材是否符合生物材料的热原要求。方法:采用家兔热原试验方法,对炭纤维增强壳聚糖复合棒材的24、48、72 h三种浸提液样品进行检测。结果:受试家兔体温升高均低于0.6℃;各组家兔体温升高总数在1.4℃以下。结论:炭纤维增强壳聚糖复合棒材不对生物体产生热原反应,符合医用生物材料的使用标准。

炭纤维增强壳聚糖内固定棒的生物相容性研究

目的:对自制炭纤维增强壳聚糖内固定棒进行生物相容性评价,为其临床应用提供实验依据。方法:采用实验动物对该内固定棒进行刺激试验与致敏试验、急性毒性试验、溶血试验,并按医疗器械生物学评价国家标准对试验结果进行生物相容性评价。结果:体内外生物相容性试验显示该材料的兔皮肤、皮内刺激未见红斑、丘疹、结节现象发生;急性全身毒性试验为阴性反应;致敏试验动物未出现过敏反应;溶血率1.64%,符合医用材料溶血率不大于5%的要求。结论:内固定棒具有良好的生物相容性,能初步满足生物内固定装置的生物相容性要求。

一种快速制备C/C复合材料工艺的探讨

用液化石油气作碳源、炭毡作增强体,在坯体中埋置导电层产生温度场和电磁场梯度,在自行设计的多元耦合物理场 CVI 炉中制备炭/炭(C/C)复合材料,并就沉积温度、压力、碳源气体浓度等工艺条件对增密速度和材料结构的影响作了探讨性研究。采用偏光显微镜研究了沉积炭的显微结构。研究表明,多元耦合物理场 CVI 工艺增密速度快,初始密度为0.2g/cm^3,尺寸为260mm×60mm×20mm 的坯体,在920℃、3kPa、碳源浓度45%的条件下沉积20h,试样的密度达到1.71g/cm^3;在960℃、0.1kPa、碳源浓度45%的条件下,可获得结构一致的粗糙层结构(RL)热解炭。

N-羧丙酰壳聚糖钠增强改性壳聚糖棒材(英文)

采用原位沉析法制备N-羧丙酰壳聚糖钠增强改性的三维壳聚糖复合棒材,并用傅里叶变换红外(FTIR)光谱、X射线衍射(XRD)、热重(TG)分析、扫描电镜(SEM)以及力学性能测试等方法研究复合棒材结构与性能之间的关系.FTIR分析表明,壳聚糖分子中的氨基官能团和乙酰氨基官能团均与N-羧丙酰壳聚糖钠分子中的羧酸盐官能团发生强烈的静电相互作用.加入N-羧丙酰壳聚糖钠后:两种分子间产生强烈的静电相互作用,限制了大分子链的运动,使得大分子链趋于刚性,同时复合棒材的层状叠加结构变得更加紧密,提高了复合棒材的热稳定性与力学性能;大分子链的刚性增强,限制了分子链排入晶格,从而降低了壳聚糖的结晶度.当复合棒材中含有15%(w)的N-羧丙酰壳聚糖钠时,其弯曲强度和弯曲模量可达156.0MPa、5.3GPa,与纯壳聚糖棒材相比,分别提高了68.8%、29.3%.因此,N-羧丙酰壳聚糖钠可有效地增强改性三维壳聚糖棒材,该三维复合物棒材有望用作骨折内固定材料.

玻璃纤维增强复合材料管约束生物炭混凝土柱轴压性能研究

生物炭可作为一种轻骨料,部分掺入混凝土中可有效提供内固化及填充效应,成为一种潜在的碳捕捉和封存技术,但由于生物炭高孔隙率的微观结构,导致生物炭混凝土存在强度低、耐腐蚀性差及稳定性差等问题。本研究提出采用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)管约束生物炭混凝土,开展GFRP管约束生物炭混凝土的轴压性能试验研究,设计参数主要包括:GFRP管的厚度(层数)、生物炭掺量及生物炭吸水率,着重分析各试件的轴向应力-应变曲线、环向应变-轴向应变曲线、屈服应力、极限应变及环向断裂应变等指标。研究结果表明:在相同生物炭掺量及吸水率的前提下,GFRP管约束生物炭混凝土试件的极限抗压强度相对于未约束试件可提升490.4%~563.3%,约束试件的极限应变也大幅提升,且约束试件屈服应力、应变远远大于未约束试件的屈服应力、应变,说明GFRP管的约束有效提高了生物炭混凝土的强度及变形能力;随着生物炭掺量的增加,约束试件的屈服应力降低,但轴向极限应变增大;而生物炭吸水率的增加则导致约束试件的屈服荷载提高,但极限应变减小;GFRP管的层数增加,使得GFRP管约束生物炭混凝土的二次刚度提升,其环向应变-轴向应变曲线弹性段和二次刚度段无明显过渡点,说明GFRP管与生物炭混凝土协同工作性能良好。

生物质多孔炭基复合球制备及对四环素的吸附性能研究

生物质多孔炭作为一种吸附能力强、环境友好、原料范围广、生产成本低的高效多孔吸附材料,能有效应对当前8益严峻的四环素水体污染问题。然而,以粉末形式存在的生物质多孔炭的可回收性较差,制约了其进一步发展。为了改善生物质多孔炭的可回收性,本研究将牛角基生物质多孔炭加人到低成本且具有一定吸附性能的壳聚糖中,采用酸溶/碱自固化法制备了平均粒径2 mm的壳聚糖--生物质多孔炭复合球形吸附剂以去除水溶液中的四环素。该生物质多孔炭基复合球对四环.素具有良好的吸附效果,其吸附过程遵循准一级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,35℃下最大实测吸附容量可达365.74 mg/g,高于大多数常规四环素吸附剂,且具有优异的可回收性,有望为生物质多孔炭吸附剂的回收问题提供-种有前景的新解决方案。

温度影响下炭黑增强橡胶复合材料的循环拉伸力学行为

为研究温度变化与炭黑增强对橡胶复合材料循环拉伸力学行为的影响,利用含温度箱的非接触式自动网格法测试系统,对4种不同炭黑含量的填充橡胶开展了不同温度下的阶梯式加卸载拉伸力学实验。实验结果表明,在各个循环段,炭黑填料对橡胶基体的增强效应都随温度升高而减弱,且温度越高,增强效应的减弱趋势越平缓,这是导致填充橡胶循环拉伸力学行为及温度相关性比天然橡胶更为复杂的根本原因;同时,橡胶材料在各个循环阶段的平衡迟滞损耗都随炭黑含量呈非线性递增,且这种迟滞损耗随炭黑含量递增的趋势受温升影响而减弱;最后,通过对不同温度和不同循环次数的实验结果作比较发现,经调制预处理后的增强橡胶Mullins效应几乎不受环境温度和炭黑增强的影响,这一点与无变形历史的未调制橡胶有很大的不同。