α-Fe_(2)O_(3)/聚糠醇纳米复合材料的光催化性能研究

随着半导体催化技术的进步,基于共轭高分子应用的改性催化材料受到广泛的关注,与其它半导体光催化剂相比,窄带隙半导体Fe_(2)O_(3)具有较优异的可见光光催化性能,但Fe_(2)O_(3)光生电子--空穴复合率高限制了其推广应用。本团队运用原位聚合--热转化两步合成了α-Fe_(2)O_(3)/聚糠醇纳米复合材料,通过TG、TEM、UV-Vis等手段进行了表征并研究了其光催化活性,展望了该材料未来在污水处理方面的应用前景。

前驱体分子结构对聚糠醇基碳膜微结构及气体分离性能的影响

分别以草酸(OA)和碘(I)两种催化剂合成聚糠醇(PFA)前驱体制备气体分离碳膜.采用TG,FTIR和XRD对其微结构进行研究,并通过纯组分气体的渗透实验对碳膜的分离性能进行了探讨.研究结果表明,在热解过程中,两种结构的聚糠醇都是通过脱氧、重排、环化、芳构化等热分解和热缩聚反应逐渐转化为无定形的乱层碳结构,但热分解反应过程明显不同,所形成碳膜微结构的差异也很大.草酸催化剂制备的聚糠醇碳膜的微晶Lc值比碘催化剂制备碳膜的大,而d(002)和La值则比后者的小,表明草酸催化剂制备的聚糠醇碳膜碳微晶片层数多、排列规则、结构缺陷和孔隙均小于碘催化剂制备的聚糠醇碳膜,而且其气体分离选择性较高、渗透通量较小,表明聚糠醇的分子结构对所制备碳膜的微结构及气体分离性能有很大影响.

聚糠醇基炭膜对氢气/低碳烃分离的研究

本实验考察了聚糠醇基炭膜对H2与低碳烃类如CH4、C2H4和C3H6分离过程中的分离性能.结果表明:随着气体分子的动力学直径的增大(H2为2.89A,CH4为3.8A,C2H4为3.9A,C3H6为4.5A,1A=10-10),气体的渗透速率逐渐降低,而H2/CH4、H2/C2H4和H2/C3H6的分离系数却逐渐增大,且都远大于Knudsen扩散的理论值.这说明在分离过程中,分子筛分机理在起主要作用,利用此机理可以将H2从低碳烃中分离出来.

酸和CTAB对聚糠醇膜形貌的影响

本文采用静态界面聚合法,首次成功地制备出不同形貌的聚糠醇(PFA)膜,用SEM、TEM及TG-DTA等对其形貌、结构进行了表征。结果表明:通过改变催化剂酸的种类及表面活性剂(CTAB)用量可得到不同形貌的聚糠醇膜。该法具有合成条件温和、易于控制、能一步合成大量不同形貌的聚糠醇膜等众多优点。

聚糠醇/碳纳米管复合材料制备及在树脂砂中的应用

通过反应对碳纳米管进行表面修饰,制备了聚糠醇/碳纳米管复合材料。对复合材料进行了FTIR,SEM分析,研究了不同配比复合材料对树脂砂抗拉强度的影响。结果表明:表面修饰后的碳纳米管加到聚糠醇中,聚糠醇固化后树脂砂的抗拉强度明显上升,当修饰糠醇的碳纳米管量达到0.8%,树脂砂的抗拉强度最好。

聚糠醇炭分子筛膜的制备及O_2/N_2分离性能研究

以草酸为催化剂将糠醇单体直接聚合成所需黏度的聚糠醇液体作为涂膜液,仅需一步涂覆便可在价格低廉的煤基炭管支撑体上制备出高性能的聚糠醇炭分子筛膜.聚糠醇炭分子筛膜的热解过程、微观形貌和分离性能分别采用热重分析、扫描电镜以及O2、N2渗透实验进行表征.实验结果表明制备出的聚糠醇炭分子筛膜表面均匀且无缺陷.聚糠醇在热解过程中最终转化成具有超微孔的乱层石墨微晶结构.热解温度升高导致了起分离作用的有效超微孔尺寸的减小,进而表现出O2、N2的渗透速率逐渐降低,O2/N2的选择性逐渐增大的趋势.不同热解温度下制备的炭分子筛膜的O2渗透性和O2/N2选择性之间关系均超出了传统聚合物膜的Robeson上限.

聚糠醇薄膜的热解动力学研究

采用热重法分析了聚糠醇薄膜在氮气氛围下的热解过程。结果表明，聚糠醇薄膜热解过程分为三个阶段，其中第二个阶段（160℃～480℃）为主要热分解阶段，同时也对聚糠醇薄膜在主要热解区间的热解反应动力学进行研究，显示聚糠醇薄膜在主要热解区间内的热解反应是分段进行的，均为一级反应，在不同热解阶段发生的热解反应分别具有不同的活化能和频率因子。

糠醇单体与预聚体混合物改性杨木

【目的】研究糠醇单体与预聚体混合物浸渍改性木材的可行性,以提高糠醇预聚体利用率,降低生产成本,促进糠醇树脂改性技术的产业化发展。【方法】以马来酸酐为催化剂、硼砂为稳定剂、水为稀释剂,调控糠醇预聚体与单体比例,配制成均一稳定的水溶性木材改性溶液。采用此溶液浸渍改性杨木,并与糠醇单体改性杨木的增重率、浸出率、尺寸稳定性和力学性能进行比较。【结果】当糠醇单体与预聚体质量比为35∶15时,可配制成均一稳定、糠醇质量分数为50%的单体与预聚体混合物改性溶液。采用此溶液浸渍改性杨木的增重率为90.47%,比相同糠醇质量分数的单体改性材提高6.41%;浸出率为5.27%,比单体改性材降低14.17%。混合物改性材径向、弦向和体积抗湿胀率分别为77.76%、62.56%和70.02%,比单体改性材分别提高4.80%、1.00%和2.07%。混合物改性材顺纹抗压强度为69.93 MPa,比单体改性材提高12.55%,弯曲强度和弹性模量分别为75.86 MPa和11.36 GPa,比单体改性材均略有降低。当单体、预聚体混合物改性溶液中糠醇质量分数降低到44%时,该混合物改性溶液浸渍处理杨木的增重率与糠醇质量分数为50%单体改性溶液浸渍处理杨木的增重率相当,且2种改性材的浸出率、抗湿胀率和力学性能均非常接近。红外光谱分析表明,混合物改性材红外光谱吸收峰的变化与单体改性材类似,均在790和735 cm-1附近出现归属呋喃环与支链的碳碳键吸收峰,说明糠醇树脂已进入改性材。同时,混合物改性材和单体改性材在3 352和1 329 cm-1附近归属羟基吸收峰的峰强度均有所降低,而在1 245 cm-1附近归属苯环与酚羟基的碳氧键吸收峰的峰形变宽且向右发生偏移,说明糠醇单体和混合物均与木材中羟基发生化学交联。激光扫描共聚焦显微镜分析表明,混合物改性材与单体改性材一样,在木材细胞腔、细胞壁和胞间层都可见糠醇树脂存在,且细胞腔内糠醇树脂总是存在于细胞壁内壁。【结论】通过调控糠醇单体与预聚体比例,可得到均一稳定的木材改性溶液,改性溶液浸渍处理杨木的性能略优于相同质量分数的单体改性溶液。为获得增重率相近的改性材,混合物的糠醇质量分数应低于单体的糠醇质量分数。

原位构筑聚糠醇SEI膜用于稳定锌负极的机制研究

水系锌离子电池(AZIBs)由于锌金属含量丰富,安全性更高,被认为是锂离子电池很有潜能的替代品。但由于锌负极的无宿主性以及不均匀的剥离/电镀,且在水系电解液中锌表面存在腐蚀、钝化以及析氢等问题显著影响了水系锌电池的库伦效率以及循环稳定性,这也阻碍了AZIBs的进一步推广应用。通过催化糠醇在锌箔表面原位聚合形成一层致密平滑的聚糠醇(PFA)固液界面膜(SEI膜),从而阻碍锌负极被腐蚀以及抑制锌枝晶生长,有效地提升了锌负极的循环稳定性。在最佳SEI膜厚度(20μm)下,Zn@PFA负极在1 m A·cm^(-2)的电流密度下能稳定循环553 h,明显高于纯锌负极的76 h,此外,Zn@PFA与V_2O_5正极组成的全电池在1.0 A·g^(-1)电流密度循环200圈后,可逆容量仍高达100 m Ah·g^(-1),也优于裸锌负极与V_2O_5正极组成的全电池。为实现锌负极稳定循环提供了一种简便且可大规模化操作的策略。

PFA基GC的结构表征-XPS分析

采用 X射线光电子能谱 (XPS)研究了聚糠醇 (PFA)制备玻璃炭 (GC)过程中的元素组成、相对含量以及表面含氧官能团的类型。结果表明 :PFA基 GC的主体元素组成为 C、O(H除外 )。其中 C元素大多以类石墨碳形式存在 ,表面含氧基团以羟基、醚基为主并伴有一定数量的羰基、羧基、酯基等。

金属镍掺杂可控粒径碳分子筛的制备研究

采用反相悬浮聚合,以纳米SiO2为模板制备出含Ni 2+的聚糠醇微粒,将其作为碳前驱体,经炭化和后处理成功制得Ni掺杂粒径可控碳分子筛(CMS)。利用XRD、N2吸附、FT-IR和TGA对其制备机理和微结构进行了表征。结果表明,不同炭化条件对CMS粒径大小及分布有一定的影响;炭化温度由650℃升至700℃,介孔体积和总孔容量分别升至0.40和0.67cm3/g,升温速率提高微孔孔容量增加2倍;XRD和AAS分析显示有2.24%(质量分数)镍掺杂到CMS中。

中空纤维支撑炭膜的制备与表征

以介孔碳硅复合材料作为中间层,草酸和碘分别催化糠醇聚合获得两种聚糠醇作为炭膜前驱体,在四通道α-Al_(2)O_(3)中空纤维支撑体上制备中空纤维支撑炭膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)以及热重(TGA)等对中间层与支撑炭膜的形貌、结构以及聚合物的热解过程进行分析,并对介孔碳硅复合中间层的超滤性能和中空纤维支撑炭膜的气体分离性能进行了测试.结果表明,在无介孔中间层的支撑体表面难以形成均匀的炭膜分离层,而经介孔中间层修饰过的支撑体平均孔径明显减小,可达5nm,支撑体与炭膜分离层的亲和性较好,能形成均匀完整的炭膜分离层;以经介孔中间层修饰的Al_(2)O_(3)中空纤维为支撑体,在最佳工艺条件下,制备的支撑炭膜在测试温度为25℃、跨膜压差为0.2MPa时,H_(2)、CO_(2)、O_(2)、N_(2)、CH_(4)的渗透性分别为59.0×10^(-11)、1.22×10^(-11)、0.82×10^(-11)、0.23×10^(-11)、0.13×10^(-11) mol/(m^(2)·s·Pa),H_(2)/N_(2)、CO_(2)/N_(2)、O_(2)/N_(2)的理想选择性分别为256、5.30、3.57.

由热固树脂制备玻璃炭过程中交联键的影响

本文详细探讨了由聚糠醇和酚醛聚合物热解生产玻璃炭的过程。通过对用甲醛改性了的聚糠醇的研究及其与氧化的苯乙醚的比较显示出聚合物中交联键的影响。与原料无关的相似收缩行为表明玻璃炭的孔隙率基本类似,约为30％。这些孔隙有着相同的尺寸,在2200℃热处理后直径为25(?),在3000℃热处理后直径为35(?)。大多数孔隙的入口介于4～5(?)之间。由热处理温度决定的玻璃炭强度在2000℃热处理后达到最大值。由此在室温下可测得抗折强度为15,000psi,扬氏模量为4.5～5psi。