米粒状CaIn2O4/In2O3的静电纺丝法制备及其光催化性能

以硝酸铟和硝酸钙为原料、聚乙烯吡咯烷酮为模板、乙醇为溶剂,采用静电纺丝法成功制备米粒状CaIn2 O4/In2O3复合光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和N 2吸附-脱附曲线对制备的样品进行表征。探讨溶液的pH值和亚甲基蓝(MB)起始浓度对CaIn2 O4/In2O3光催化活性的影响。结果表明:CaIn2 O4/In2O3复合物由正交相CaIn2 O4和立方相In2O3组成,粒径约为(650±140)nm,禁带宽度为3.48 eV,比表面积为17.2 m 2·g^-1。模拟太阳光照射120 min,对MB的降解率达92%,其降解过程服从一级动力学模型,且具有良好的循环使用稳定性。CaIn2 O4与In2O3的耦合使得光催化剂的光生载流子得到有效分离,从而具备优良的光催化活性。

鸡蛋壳负载Co_(3)O_(4)催化剂制备及其N_(2)O分解性能研究

采用废弃的鸡蛋壳作载体,沉积沉淀法制备了一系列不同Co_(3)O_(4)含量Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂,并在连续流动微反装置上考察了N_(2)O分解性能。结果表明,当Co_(3)O_(4)质量分数为20%时,催化剂表现出优异的N_(2)O分解性能。在空速10000 h^(−1)和N_(2)O含量0.1%的条件下,400℃可实现N_(2)O完全转化;其比活性约为Co_(3)O_(4)催化剂的4.3倍(反应温度为440℃);同时,该催化剂对原料气中3%O_(2)、3.3%H_(2)O和/或2.0×10^(−4)NO表现出较强的耐受性和较高的稳定性。分析催化剂的多种表征结果发现,CaCO_(3)作为鸡蛋壳的主要成分,与活性组分Co_(3)O_(4)紧密结合,两者的强相互作用导致20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂中产生更多的氧空位和Co^(3+);Co_(3)O_(4)氧化还原性能得到提高,Co−O键被有效削弱;此外,该强相互作用可提高20%Co_(3)O_(4)/鸡蛋壳催化剂表面碱性位点的强度,增大碱性位点数量,更易于转移电子而促进N_(2)O分解。

Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O-Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O/SiO_(2)复合定形相变材料的制备及应用

以Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O(SCD)、Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O(DHPD)为相变主体制备了共晶体系,通过绘制凝固点变化图与DSC测试共同确定在m(SCD)∶m(DHPD)=4∶6时形成共晶,FTIR和XRD结果显示,2种水合盐间没有发生化学反应,但其晶型结构发生改变。通过添加质量分数为2%的Na2SiO3·9H_(2)O作为成核剂降低体系的过冷度,且经历50次相变循环体系未出现相分离,相变焓值仅下降0.25%。进一步使用质量分数为25%的气相SiO_(2)作为支撑材料,采用浸渍法制备了相变前后形状稳定的共晶水合盐/SiO_(2)定形相变材料(SSPCM)。所得SSPCM的相变温度为24.08℃,相变焓值为146.6J/g,过冷度为0.55℃,热导率为0.4571W/(m·K)。同保温泡沫相比,其可将模拟房内部中心温度的升温时间延长了1.81倍,降温时间延长了0.39倍。

Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)复合材料制备及其光催化降解抗生素性能

采用水热法和原位光还原法制备一系列Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)复合材料,采用XRD、IR、PL等对复合材料进行表征,并测试其光催化性能。结果表明,Ag和Cu_(2)O成功负载到g-C_(3)N_(4)表面,且没有破坏g-C_(3)N_(4)的结构;当溶液pH=6时,20 mg 15%-Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)对四环素降解率为94.3%。·OH、·O_(2)^(-)、h^(+)对Cu_(2)O/Ag/g-C_(3)N_(4)降解四环素起主要作用。光催化性能提升的原因可能是由于Ag和Cu_(2)O的加入形成异质结,增大g-C_(3)N_(4)的比表面积,降低其带隙能,使其在可见光区的吸收增强,抑制光生电子-空穴对的复合,提高了g-C_(3)N_(4)光催化性能。

单原子Ru_(1)-N_(x)/C(x=3,4)催化剂活化H_(2)、H_(2)O和CH_(3)OH的理论研究

在GGA-PBE/DNP水平下,构建了两种氮掺杂石墨烯负载Ru单原子催化剂,记作Ru_(1)-N_(x)/C(x=3,4)。在热力学上,Ru_(1)-N_(4)/C比Ru_(1)-N_(3)/C更稳定。研究了Ru_(1)-N_(x)/C(x=3,4)对H_(2)、H_(2)O和CH_(3)OH的活化性能。H_(2)、H_(2)O和CH_(3)OH在Ru_(1)-N_(3)/C上的化学吸附比在Ru_(1)-N_(4)/C上的化学吸附更强。同时,在实验温度下,它们在Ru_(1)-N_(x)/C(x=3,4)上的解离均为吸能反应。在动力学上,Ru_(1)-N_(4)/C活化解离H_(2)、H_(2)O和CH_(3)OH的能力均强于Ru_(1)-N_(3)/C。在水溶液中,两种催化剂对H2的活化较H_(2)O更强。在甲醇溶液中,Ru_(1)-N_(3)/C对CH_(3)OH的活化强于对H_(2)的活化;Ru_(1)-N_(4)/C对H_(2)的活化强于对CH_(3)OH的活化。

三元复合物Ag/Cu_(2)O/g-C_(3)N_(4)的制备及其光催化降解和抗菌性能研究

以尿素、硫酸铜、乙酸银为原料,采用溶液法制备了三元复合物Ag/Cu_(2)O/g-C_(3)N_(4),通过XRD、XPS、SEM、TEM、UV-Vis等手段对三元复合物的结构进行了表征;以罗丹明B为模型研究了三元复合物的光催化降解性能,以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为模型研究了三元复合物的抗菌性能,并探究了三元复合物的光催化降解机理。结果表明,Ag和Cu_(2)O粒子沉积在g-C_(3)N_(4)片层结构上,Ag、Cu_(2)O和g-C_(3)N_(4)三者之间的协同作用使得三元复合物的光催化降解性能和抗菌性能大幅提高。为构建用于实际水体污染处理的g-C_(3)N_(4)基复合材料提供了新思路。

NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系隔膜电解铜电化学研究

PCB板(印刷电路板)剪裁铣削渣中含有金属铜和铝,且塑料含量高,采用电化学溶解隔膜电积工艺可以实现铜的剥离并得到高品位阴极铜。该工艺具有流程短、电流效率高、产品纯度高等优点,具有广阔的应用前景,但其电化学机理尚不明确,本文以PCB制造过程中产生的含铜固废作为阳极,采用钛板为阴极,在NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系中采用隔膜电解工艺进行了一系列试验,包括不同铵盐体系、氨/硫酸铵体系中不同电极、氨/硫酸铵体系不同电解液组成的电化学行为曲线以及NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系电沉积铜的控制步骤、成核机理等。结果表明,氨/硫酸铵体系中电积铜的起始还原电位最低,电积时电耗较低,且该体系中氢的析出电位均较负,可避免因析出氢气降低阴极电流效率的副反应;NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系中Cu^(2+)在钛电极表面的电沉积反应为不可逆过程,且为双电子一步转移过程,控制步骤为扩散控制;Cu^(2+)在钛电极上的成核机理接近于瞬时成核。该研究成果可为NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系隔膜电解铜工艺提供理论参考。

NaF-Na_(3)PO_(4)-H_(2)O体系相图与热力学模型

NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系是稀土矿物加工的典型盐水体系,开发氟、磷回收工艺需要该体系的相图和热力学模型支持。利用等温溶解平衡法测定了273.15 K、298.15 K、323.15 K和348.15 K的固液相平衡数据,并基于eNRTL模型框架构建了该体系从最低共熔点到348.15 K的热力学模型。实验结果表明:NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系存在NaF、Na_(3)PO_(4)·12H_(2)O、Na_(3)PO_(4)·8H_(2)O和复盐NaF·2Na_(3)PO_(4)·19H_(2)O 4个固相物种;其中复盐在各温度均占据三元体系的主要相区,磷酸钠水合物的相区极窄,很难单独成盐,NaF相区相对较大并随温度升高而增大。热力学模型研究较好地表达了NaF–H_(2)O、Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系的多温离子活度系数、溶液渗透系数、二元体系相图,获得了盐水作用参数和6个固相的热力学数据;通过对三元体系多温相图数据的有效表达,获得了盐-盐作用参数和复盐的热力学数据,在此基础上推测了NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系相图结构,获得了难以实验测定的9个零变量点和9条单变量共饱和线,从而得到了全部固相的平衡相区,并给出了NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系完整相图,为更复杂体系的热力学表达以及工业应用提供了参考依据。

g-C_(3)N_(4)/Ag/Ag_(2)O复合材料低功率紫外照射下降解罗丹明B

光催化降解技术高效、环保、节能的优点使其在环保领域具有广泛应用前景,为解决环境污染问题提供了新的思路。其中高效催化剂是实现污染物高效光催化降解的关键。g-C_(3)N_(4)半导体材料因优良的热稳定性和化学稳定性、易于合成以及能带结构易调控等优点在催化领域具有广阔的应用前景,但由于纯g-C_(3)N_(4)可见光利用率低、表面积小、导带位置较低,限制了其实际应用中的催化活性。本文通过光诱导还原方法实现了g-C_(3)N_(4)材料表面Ag/Ag_(2)O的原位负载,系统研究了Ag/Ag_(2)O负载量对材料催化性能的影响,实现低功率紫外光催化下水中罗丹明B的快速高效去除,研究发现50 mg的g-C_(3)N_(4)中在0.24 g/L的AgNO3溶液还原得到的g-C_(3)N_(4)/Ag/Ag_(2)O复合材料具有最佳的催化性能。同时将复合材料应用于实际水体中罗丹明B染料的催化降解,取得了良好催化效果。本研究为去除水环境有机物污染提供了一种高效、绿色的解决方法。

Fe_(3)O_(4)/Cu_(2)O的制备及其类芬顿性能研究

为提高Fe_(3)O_(4)在类芬顿反应体系中对污染物的去除效果,基于类芬顿催化氧化技术,制备了Fe_(3)O_(4)/Cu_(2)O复合材料作为非均相类芬顿催化剂,与H_(2)O_(2)共同构成以亚甲基蓝模拟废水为目标物的类芬顿催化氧化体系。对比分析不同实验条件下Fe_(3)O_(4)/Cu_(2)O复合材料的类芬顿活性,并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对材料进行表征。实验结果表明:当Fe_(3)O_(4)与CuCl_(2)·2H_(2)O的复合配比(质量比)为2∶1时制备Fe_(3)O_(4)/Cu_(2)O,且其投加量为40 mg、H_(2)O_(2)用量为0.5 mL时,对浓度为6 mg/L的废水溶液中亚甲基蓝的去除率达到84.27%,类芬顿活性较好;类芬顿反应中起主要活性作用的是·OH。

SrIn_2O_4∶Sm^(3+)红色荧光粉的发光特性

采用燃烧法合成了SrIn2O4:Sm3+红色荧光粉并研究了其发光性质。发射光谱由位于红橙区的3个主要荧光发射峰组成,峰值分别为568,606,660nm,对应Sm3+的4G5/2→6H5/2、4G5/2→6H7/2和4G5/2→6H9/2特征跃迁发射,其中606nm的发射最强。激发光谱包括峰值位于323,413nm的宽带,说明该荧光粉可以被近紫外-紫色发光二极管管芯激发发射红光。研究了Sm3+的掺杂浓度对样品发光强度的影响。实验结果表明SrIn2O4:Sm3+是一种可用于制作白光LED的红色荧光粉。

制备工艺对AgSnO_2(8)In_2O_3(4)电接触材料组织与性能的影响

分别采用粉末冶金法、合金粉末预氧化法和加压内氧化法制备AgSnO2(8)In2O3(4)电接触材料,研究不同制备工艺对AgSnO2In2O3电接触材料微观组织与性能的影响。结果表明:加压内氧化法制备的AgSnO2In2O3材料的组织均匀性最佳,致密度最高,显微硬度最大;粉末冶金法制备的AgSnO2In2O3材料导电率最好;直流阻性负载条件下,加压内氧化法制备的AgSnO2In2O3材料的耐电弧侵蚀性能最佳,其触点的失重最少,触点表面侵蚀区域面积最小。

溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备CaIn_2O_4可见光催化剂研究

传统的TiO2光催化剂仅能在紫外光的激发下有效光降解有机污染物,而新型的CaIn2O4光催化剂则能在可见光下有效降解有机物。目前多采用固相反应法来制备CaIn2O4光催化剂,固相反应的缺点是反应温度高、时间长、反应不充分,且所得产物颗粒粗。针对固相反应法的不足,今新采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备了CaIn2O4光催化剂,在较低煅烧温度下得到了颗粒度细并且均匀的产品;还研究了体系pH与煅烧温度的影响,得到了较好的工艺参数。实验所制备的CaIn2O4光催化剂可在2h内完全降解自然光照射下浓度为10mg·L-1的亚甲基兰溶液,光降解效果好于固相法产品,实现了采用简便的方法制备高活性CaIn2O4光催化剂的目的。

Y_(2)O_(3)含量对TC4表面WC增强钛基激光熔覆层组织与摩擦学性能的影响

目的增加航空TC_(4)合金的安全服役寿命。方法采用同轴送粉激光熔覆技术在其表面制备了TC_(4)+Ni-MoS_(2)+WC+xY_(2)O_(3)(x=0%、1%、2%、3%、4%,质量分数)耐磨复合涂层,利用着色渗透探伤、XRD、SEM、EDS、EBSD和TEM等多种检测手段和设备,分析了Y_(2)O_(3)添加对涂层组织与摩擦学性能的影响规律。结果3%Y_(2)O_(3)涂层的成形质量最优,所有涂层生成相相同,主要由TiC、Ti_(2)Ni、Ti_(2)S、基体β-Ti以及未熔WC组成。Y_(2)O_(3)与TiC、Ti_(2)S、Ti_(2)Ni之间形成了共格依附生长关系,所有涂层中均有效合成了TiC-Ti_(2)S、TiC-Ti_(2)Ni和Ti_(2)S-Ti_(2)Ni共格复合结构相。随着Y_(2)O_(3)含量增大,基体显露面积增加,其余物相逐步细化、团聚并沿晶界连续生长。所有涂层的显微硬度均高于TC_(4)基材,大小与Y_(2)O_(3)含量呈负相关变化。所有涂层的摩擦因数均高于基材,磨损率均低于基材,摩擦因数和磨损率随着Y_(2)O_(3)含量增加,出现了先降低后升高的变化规律,其中3%Y_(2)O_(3)涂层的摩擦因数最低(μ=0.4813),耐磨性(3.55×10^(4)mm^(3)/(N·m))和磨损面质量(Ra=21.24μm)最优。结论适量Y_(2)O_(3)有助于改善涂层的成形质量,Y_(2)O_(3)添加并未影响涂层物相种类,且可作为异质形核基底细化相互依附生长的TiC-Ti_(2)S-Ti_(2)Ni共格结构相,除基体相外,Y_(2)O_(3)易吸引其余物相在涂层晶界处钉扎;Y_(2)O_(3)含量增加不能增大涂层显微硬度,所有涂层均不具备减摩性能,但耐磨性均优于TC_(4)基材,适量Y_(2)O_(3)添加可使涂层综合摩擦学性能达到最优。

绿色催化剂Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O合成乙酸乙酯

酯化反应是高中非常重要的实验,但是浓硫酸作为催化剂存在危险性高、副产物多、环境污染性强等缺点,将常见、便宜、低毒性、具有高效催化效率的Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O作为催化剂,利用无水乙醇和冰醋酸合成乙酸乙酯,反应结束后,Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O通过简单过滤即可回收利用,适合应用于中学课堂实验中。

生物炭及其老化对农田NH_(3)挥发及N_(2)O排放的影响

生物炭具有减缓农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的重要潜力,但在施入环境后常常存在“老化”现象,这为其缓解全球变暖的长期有效性带来了不确定性。为了探明生物炭的长期效应,人工加速模拟了自然界中水分、温度、氧气、土壤矿物质及微生物多种老化因素,结合多元表征手段对比不同老化方式对生物炭性质的影响,利用主成分分析法建立新的生物炭性质综合指标来反映老化强度。再通过大田控制试验,采用原位通气法和静态箱-气相色谱法监测夏玉米生长周期内老化前后生物炭施用对农田NH_(3)挥发和N_(2)O排放的影响,为生物炭的可持续应用提供科学依据。结果表明,老化过程增加了原生物炭(BC)的氧含量、比表面积(SBET)、总孔容(Vt)及含氧官能团数量,降低了灰分、碱性、碳含量、平均孔径及其芳香性,各老化作用强度排序为:氧化老化生物炭(OBC)>矿化老化生物炭(KBC)>微生物老化生物炭(MBC)>干湿循环老化生物炭(WBC)>冻融循环老化生物炭(FBC)>BC。生物炭的添加减少了13.57%-29.50%的NH_(3)挥发量。与BC相比,OBC和KBC分别显著降低了14.71%和9.38%的NH_(3)挥发(P<0.05),MBC降低了3.38%的NH_(3)挥发(P>0.05)。相反,WBC和FBC分别增加了4.55%和2.72%的NH_(3)挥发(P>0.05)。同时,生物炭的添加降低了22.36%-40.43%的N_(2)O排放量。其中,BC减排效果最优,老化作用均削弱了原生物炭对N_(2)O的减排效应。与BC相比,OBC和KBC显著增加了30.34%和26.36%的N_(2)O排放量(P<0.05),MBC、FBC和WBC分别增加了19.96%、18.29%和10.92%的N_(2)O排放量(P>0.05)。综上,不同老化方式会对生物炭的理化性质造成不同改变,进而影响土壤气态氮释放。通过对比不同的老化方式,OBC影响最为显著,其次为KBC,MBC居中,WBC和FBC的影响最弱。

Ag_(3)PO_(4)/Cu_(2)O复合材料的制备及其性能研究

对磷酸银复合材料制备及光催化性能进行了研究。讨论了水热温度、反应溶液的酸碱度等对Cu_(2)O制备的影响。同时,比较了不同摩尔百分比Ag_(3)PO_(4)含量的Ag_(3)PO_(4)/Cu_(2)O复合材料的光催化降解活性。结果显示,球状Cu_(2)O颗粒制备条件为:温度100℃,pH值为10。采用直接沉淀法Ag_(3)PO_(4)纳米颗粒能够均匀附着Cu_(2)O表面,达到最佳复合效果。Ag_(3)PO_(4)/Cu_(2)O复合材料光催化活性高于纯Cu_(2)O,随着Ag_(3)PO_(4)的摩尔百分量的增加,复合光催化剂的催化性能先是增强后逐渐减弱。60%Ag_(3)PO_(4)/Cu_(2)O时,催化活性最强,90 min内罗丹明B几乎完全降解。

p-n结型光催化剂Co_3O_4/In_2O_3的制备、表征及其光催化性能的研究

p-n结型Co3O4/In2O3光催化剂是用共沉淀法制备的,并用X射线衍射对其进行表征。用光催化还原Cr6+和光催化氧化甲基橙的效率来评价该催化剂的活性。实验分别研究了Co3O4的掺杂比、焙烧温度和焙烧时间对光催化活性的影响。实验结果表明,Co3O4的最佳掺杂比(质量分数)为5%。催化剂的最佳焙烧温度和最佳焙烧时间分别为300°C和2h。在可见光和紫外光的照射下,p-n结型光催化剂Co3O4/In2O3的光催化氧化活性和光催化还原活性均比纯In2O3的高。实验同时还探讨了影响p-n结型光催化剂Co3O4/In2O3催化活性的机理。

NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿催化剂NH_(3)-SCR脱硝活性及SO_(2)/H_(2)O耐受性能研究

采用球磨、微波焙烧方法制备了不同质量分数NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿NH_(3)-SCR脱硝催化剂。通过BET、SEM-EDS、XRD、NH_(3)-TPD、H_(2)-TPR分析了催化剂脱硝活性及SO_(2)/H_(2)O耐受性能。结果表明:NH_(3)SO_(3)改性使催化剂脱硝活性得到了显著提高,10%NH_(3)SO_(3)改性催化剂在300~350℃脱硝活性可达90%左右。SO_(2)/H_(2)O共同作用可将10%NH_(3)SO_(3)改性催化剂脱硝活性提高至97%,其促进作用保持了良好的稳定性,且具有可逆性。NH_(3)SO_(3)改性稀土尾矿后,催化剂比表面积、酸性位点及强度增加,表面活性物质分散度更高,弱化了尾矿矿物晶型,提高了催化剂吸附能力和氧化还原能力,从而提高催化脱硝活性,同时具备优良的SO_(2)/H_(2)O耐受性。

Lu_(2)O_(3):Yb,Tm/MC540纳米材料的制备及研究

以水热反应及后续的高温煅烧过程为合成手段,成功制备了Lu_(2)O_(3):Yb,Tm纳米材料。XRD结果显示所得样品为纯Lu2O3晶相。且SEM结果表明所得样品由不规则形状组成,粒径在100nm左右。随后通过搅拌吸附过程负载部花青(MC540)光敏剂,得到Lu_(2)O_(3):Yb,Tm/MC540纳米材料。然后以肺癌细胞(A-549细胞)为模型,研究了Lu_(2)O_(3):Yb,Tm/MC540纳米材料的抗肿瘤活性。结果表明,在650nm的红光照射下,上述材料对肺癌A-549细胞具有明显的光动力杀伤疗效。