酸处理碳毡阴极增强电芬顿降解左氧氟沙星性能研究

本文通过水热酸处理碳毡(GF),增加其亲水性和表面缺陷数量,增强了电芬顿降解抗生素左氧氟沙星(LEV)性能。采用SEM、XRD、XPS、Raman、FT-IR、接触角等测试技术对酸处理修饰的碳毡(MGF)进行了分析表征,结果表明MGF表面羧基含量和缺陷数量明显增加。在最优的反应条件下,电流0.15 A,pH为2,O_(2)曝气量为0.4 L/min,FeSO_(4)加入量为20 mg/L,该体系反应20 min后,LEV降解率达到96.1%,并且MGF表现出良好的稳定性,经过4个循环LVX降解率仍能达到95.4%。这项工作表明MGF是一种很有前途的电芬顿阴极材料,在水处理领域显示了优异的应用前景。

石墨烯复合多孔碳毡气体扩散阴极的H_(2)O_(2)催生性能与机理

采用浸渍-烧结法分别制备了石墨烯和科琴黑复合碳毡气体扩散阴极,对其微观形貌及电化学H_(2)O_(2)催生性能进行对比研究,发现石墨烯-碳毡复合阴极具有显著鳞片状微观结构及表面丰富的含氧官能团,其H_(2)O_(2)产率远高于科琴黑-碳毡复合阴极.通过调控石墨烯-碳毡复合阴极制备过程中无水乙醇的添加量、石墨烯/聚四氟乙烯(PTFE)质量比及烧结温度等条件,提升石墨烯-碳毡复合阴极H_(2)O_(2)的催生性能.采用线性扫描伏安法(LSV)、恒电位阻抗法(EIS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段,研究了不同制备条件对石墨烯-碳毡复合阴极H_(2)O_(2)催生性能的响应机理.结果表明,当无水乙醇的添加量为60mL,石墨烯与PTFE质量比为3∶1,烧结温度为360℃时,制备的阴极导电性较好,表面C=O官能团含量高,经90 min电化学反应后,H_(2)O_(2)累积浓度可达427.63 mg/L.该阴极循环稳定性强、 H_(2)O_(2)催生效率高,较目前广泛采用的碳黑-PTFE阴极具有显著优势.

核壳结构ZnS纳米颗粒协同碳毡提升锌离子电池的能量密度

通过溶剂热法以及化学气相沉积法(CVD)制备了ZnS@C纳米颗粒作为正极材料用于锌离子电池体系中,并通过制备碳毡夹层来改善电池的电化学性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)及恒流充放电测试对材料性能进行表征。结果表明,ZnS@C纳米颗粒加入碳毡夹层后可以显著降低电压的滞后效应,放电平台由0.45 V提高至0.75 V,充电平台由1.6 V降低至1.2 V。采用该正极材料的锌离子电池在100 mA/g电流密度下平均首次放电比容量高达1302 mAh/g,比能量为976.5 Wh/kg,锌硫电池体系的循环稳定性得以明显改善。研究表明,制备核壳结构ZnS纳米颗粒作为正极材料在碳毡的协同作用下可以有效提高锌离子电池的能量密度,并为提升锌离子电池的电化学性能提供了一个新的研究思路。

碳毡电积法从氯化液中提取金

本文论述了从氯化液中电积金的机理,通过对影响电解效果的诸因素的试验研究,查明了采用新型电极材料——碳毡作阴极从氯化液中提取金的规律。

碳纤维(碳毡)/树脂复合吸波材料的研究

分别研究了平铺排布的碳毡和单向排布的碳纤维类吸波复合材料的微波吸收特性。结果表明:单向排布的聚丙烯腈基碳纤维的吸波性能与纤维的排布间距和纤维含量密切相关。本实验条件下可获得有效带宽大于3GHz,10dB以下的反射衰减。平铺排布碳毡的吸波性能随碳毡含量的影响较大,含量0.27wt%时,在8GHz～18GHz频段获得90%以上的吸收率。

碳毡/铜复合材料的摩擦磨损特性研究

本文研究了用电沉积法制备的碳毡／铜复合材料的摩擦磨损特性。研究结果表明，在干摩擦条件下，复合材料的耐磨性主要与摩擦副间维持连续有效碳膜时间的长短有关，该时间取决于碳毡纤维的体积分数。在油润滑条件下，碳毡／铜复合材料的耐磨性与复合材料的硬度及纤维弯曲和破断所消耗能量的多少有关。在这两种条件下，复合材料的耐磨性均明显优于常用耐磨铜合金ＺＱＳｎ６－６－３。

碳毡/碳复合材料超高温力学性能实验研究

利用改进的快速通电加热测试技术，模拟碳毡／碳复合材料的超高温工作环境，对其高温下的拉伸、压缩力学性能进行了全面的测试，并计算了材料在不同温度下的抗热应力系数．结果表明，材料的模量和强度在一定范围内随温度的升高而增加．材料的拉伸性能ＸＹ向优于Ｚ向，而压缩性能Ｚ向优于ＸＹ向．材料的抗热震性能随温度升高变化平稳，ＸＹ向的抗热震性能优于Ｚ向．

全钒液流电池用碳毡电极的改性研究

分别采用普鲁士蓝(Prussianblue,PB)和草酸对聚丙稀腈基(PAN)碳毡进行修饰处理,通过循环伏安法研究了修饰后材料在钒溶液中的电化学性能。结果表明PB修饰碳毡电极对V(Ⅳ)/V(Ⅴ)电对具有良好的电催化性能,V(Ⅱ)/V(Ⅲ)电对在草酸修饰碳毡电极上的活性相比处理前也有较大改善。分别以这两种修饰电极为正负极组装全钒氧化还原液流电池(VRB),通过电池性能测试获得了最适宜的修饰条件。使用修饰电极的静态钒电池在电流密度为35mA·cm-2时电压效率可达83.28%。

镀金属碳毡在电磁屏蔽材料中的应用

将三维网络结构的碳毡引入电磁屏蔽材料的应用，对其特有的电磁性能及网络结构作了分析，并进行了复合材料屏蔽效果计算和修正。研究表明：利用碳毡的孔洞结构和尺寸，辅之以金属镀层，能在较宽的频率范围内对电磁波有良好的屏蔽效率，且不需要很大的填充量。

碳毡／铜复合材料的制备及其物理性能研究

选用廉价的碳毡作为增强体，成功地摸索出用电沉积法制取碳毡／铜复合材料的工艺。研究了碳毡／铜复合材料的导电性能、热膨胀性能及电磁屏蔽性能。实验结果表明，该材料是一种较廉价且性能优越的新型功能复合材料。

碳毡及编织结构碳/碳复合材料常温力学性能研究

为研究两种不同预制体增强的碳/碳(C/C)复合材料的损伤破坏机制差别,将为该材料应用于结构件提供依据,对碳毡及2.5D编织结构增强的C/C复合材料的常温弯曲、剪切、压缩性能进行了测试,并用扫描电镜观察其断面形貌,对C/C复合材料在静态载荷下的力学性能及损伤破坏行为进行研究,探讨有关因素对材料性能和损伤破坏的影响。研究结果表明:两种不同增强体的C/C复合材料的断裂机理存在很大差异,且密度对C/C复合材料的常温力学性能有较大的影响。

介孔二氧化钛/导电碳毡光电极的制备及光电催化性能

以四氯化钛为无机钛源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,通过水热合成法制得无机物钛前驱体溶液.以导电碳毡(CCF)为载体,在超声波辅助下用浸渍提拉法负载钛前驱体,通过高温煅烧得到介孔二氧化钛/导电碳毡(MPT/CCF)光电极材料,对样品的结构进行了表征,并以室内污染物气相苯甲醛为目标降解物,通过评价不同煅烧温度和不同负载次数下MPT/CCF的光电催化性能优化了MPT/CCF的制备工艺条件,探讨了催化降解条件(温度、湿度、偏电压)对协同增效机制的影响.结果表明,相对于纯介孔二氧化钛(MPT),MPT/CCF具有较小的粒径尺寸、更大的比表面积和较均匀的孔径分布,这归功于CCF对晶粒生长的抑制作用.其中负载2次MPT并在500℃下煅烧的2-MPT/CCF-500样品具有最高的光电催化活性,主要是由于其具有完善的晶型、均匀的介孔分布和高浓度的羟基自由基,并且在重复使用过程中也具有很高的光电催化活性.最佳的催化条件为温度35℃、相对湿度55%、偏电压10 V.

镀Cu碳毡／环氧树脂复合材料的研制

研究了镀Ｃｕ碳毡／环氧树脂（ＣｕＣＦ／ＥＰ）复合材料的制备，并探讨了镀Ｃｕ量对碳毡电阻率，复合材料电阻率及其电磁屏蔽效率的影响规律．经合理工艺制得的镀Ｃｕ碳毡（４００ｍｇ．ｇ－１Ｃｕ—ＣＦ）含量为３００ｍｇ．ｇ－１ＣｕＣＦ／ＥＰ复合材料，其电磁屏蔽效率可在２０～１０００ＭＨｚ范围内达到６０ｄＢ．

碳毡电路模拟吸波复合材料的研究

分别研究了含矩形碳毡电路屏和“十”字形碳毡电路屏吸波复合材料的微波吸收特性,并对碳毡电路屏的吸波机理做了初步的探讨。结果表明,碳毡电路模拟吸波材料的吸波性能与电路屏阵列单元的结构和尺寸密切相关。矩形电路屏阵列单元中矩形缝隙的长或宽增大,材料的吸波性能提高;矩形缝隙之间的距离增加,材料的吸波性能降低。本实验条件下当矩形缝隙的长、宽和间距分别为24、12和6mm时,材料可获得8.56GHz的有效带宽和-25dB的最大反射衰减。“十”字形电路屏阵列单元中“十”字形缝隙的臂长或臂宽增大,材料的吸波性能提高;“十”字形缝隙之间的距离增加,材料的吸波性能降低。“十”字形缝隙的臂长、臂宽和“十”字形缝隙之间的距离分别为16、8和6mm时,材料的有效带宽7.2GHz,最大反射衰减-26.2dB。

高温气冷堆用碳毡材料导热系数测量及反问题计算

碳纤维材料已成为核能、航天等领域不可或缺的重要功能材料,在高温气冷堆及其相关实验中需要使用大量碳纤维保温材料。但由于目前测试方法的限制,相关材料物性参数测量数据严重不足,尤其是缺乏高温1 000℃以上的热物性参数,致其使用受到限制。为此,清华大学核能与新能源技术研究院研制了模拟高温气冷堆温度、环境氛围的材料测试装置,可提供1 600℃以下的材料性能测试。根据该装置一次典型实验过程的测量数据,详细介绍了采用非线性导热反问题方法确定材料温度相关导热系数的完整过程和具体算法。提出了一种依据稳态、非稳态热传导原理求解反问题的简明算法,该方法既可单独使用,也可为其他反问题算法提供良好的迭代初值。实验确定了高温气冷堆用碳毡保温材料在1 600℃以下的导热系数,将为高温气冷堆相关实验和其他特高温条件下的应用提供重要参考。

碳毡SiC涂层分析表征与抗氧化性能

碳毡作为一种隔热保温材料,只能在真空环境或者惰性气氛中使用,在氧化性气氛中会因氧化而失效.在碳毡上制备SiC涂层,可有效防止其氧化.用化学气相沉积法在碳毡上制备SiC涂层,借助XRD、SEM分析涂层的物相组成以及微观结构,对比涂覆前后碳毡的抗氧化性.结果表明:在碳毡表面制备的SiC涂层连续致密、无明显孔洞和微裂纹.大气环境中热重分析结果表明,无涂层碳毡在790℃时,失重率已达100%,而SiC涂层碳毡在790℃失重率仅为4%左右.温度升至1 200℃时,涂层试样因生成SiO2质量略有增加.

树脂对碳毡硅化处理后的显微组织与性能影响

研究了树脂对碳毡硅化处理后的显微组织与性能影响。结果表明 :未浸渍树脂的碳毡硅化处理后的显微组织特点是反应生成的碳化硅颗粒细小且均匀分布在游离硅中 ;而浸渍树脂的碳毡硅化处理后的显微组织特点是反应生成的碳化硅颗粒粒径及分布均不均匀。大颗粒碳化硅的出现造成了试样断裂强度的降低。XRD结果表明Si SiC复相陶瓷的主晶相为α SiC ,β SiC和游离Si。

碳毡处理对碳毡水泥基复合材料力学性能影响

针对传统碳纤维水泥基复合材料存在的纤维分散和界面结合问题,以碳毡作为增强体,实现碳纤维在水泥基体的均匀分散,采用阳极电解氧化法对碳毡进行表面处理,改善纤维与基体的界面结合。然后用水泥浆料浸渍改性后的碳毡,制备碳毡水泥基复合材料。利用万能试验机测试抗弯强度和抗压强度,借助扫描电镜(SEM)分析碳纤维在水泥基体中的分散排列和表面处理后的微观结构。结果表明:碳纤维在基体中分散均匀且排列紧密,占比为12%左右。用阳极氧化法处理碳毡,在10%碳酸铵溶液中2 V电压电解3 min,碳毡改性效果最佳。样品养护7 d的抗弯强度为41 MPa,提升了36.7%,抗压强度为54.3 MPa,提升了8.6%。

表面结构与碳毡吸湿性能的相关性研究

以不同类型碳毡经过石墨化处理后表面结构与形貌的变化为基础,研究了碳毡的表面结构与吸湿性之间的关系。研究表明表面亲水基团、粗糙的形貌结构、石墨微晶结构规整性提高都会使碳毡的吸湿性能提升。为制备低吸潮、高纯度碳毡奠定理论基础。

碳毡体密度对碳/碳复合材料抗氧化性能的影响

采用自加热化学液相沉积法制备碳/碳复合材料。考察了不同材料在不同温度、时间下的氧化失重率,研究了碳毡体密度与碳/碳复合材料氧化行为的关系。探讨了氧化温度和氧化时间对材料氧化侵蚀的影响机理。结果表明,毡体密度大的碳/碳复合材料具有更好的抗氧化性。扫描电镜观察材料氧化前后的显微形貌发现,基体碳更易被氧化。