纳米SiO_(2)粒子表面接枝共聚合物微球的制备及其吸附Cu^(2+)性能

采用KH570对纳米SiO_(2)进行改性,将其作为Pickering乳液的稳定剂;利用反相(Pickering)乳液聚合法制备SiO_(2)@丙烯酰胺(AM)-丙烯酸(AA)共聚物复合微球,并对改性前后纳米SiO_(2)以及复合微球的结构、形貌及质量损失进行了表征;探究pH值、温度和单体比例对复合微球吸附Cu^(2+)效果影响,并对吸附过程进行动力学和吸附等温线拟合。结果表明,改性后的纳米SiO_(2)亲油性增强,提高稳定乳液的能力;Cu^(2+)吸附实验表明,复合微球吸附的最佳pH值为6,且吸附量随着AA用量增加而增大;复合微球吸附Cu^(2+)的过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型。

纳米SiO_(2)/乳化蜡改性CuAz处理材的尺寸稳定性分析

为保证防腐处理材在户外长期使用过程中具有较好的尺寸稳定性,采用具有疏水性能的纳米SiO_(2)/乳化蜡溶液对铜唑(CuAz)防腐剂浸注处理的南方松试材进行二次浸注处理,以期探索出改善CuAz处理材尺寸稳定性的最佳工艺条件。结果表明:纳米SiO_(2)及乳化蜡的引入会使CuAz处理材的吸水率和湿胀率降低,其吸水率随着所添加的纳米SiO_(2)的比表面积减小而降低;随着浸泡时间的延长,纳米SiO_(2)的比表面积越小越有利于长久的保持处理材的尺寸稳定性。与未改性木材相比,经不同改性处理的CuAz处理材,其干缩率均会有不同程度的增加,尤其是乳化蜡的添加会使纳米SiO_(2)/CuAz处理材的干缩率有一定程度的增加;并且,随着纳米SiO_(2)比表面积的增加,CuAz处理材的干缩率呈现先增加后减少的趋势。

纳米SiO_(2)复合粒子/有机硅低聚物透明超疏水复合涂层的制备及其性能

将Stöber法制备的胶体SiO_(2)粒子溶液与粉体SiO_(2)粒子进行物理共混得到SiO_(2)复合粒子溶液,以三乙氧基甲基硅烷(MTES)与正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体制备的酸性有机硅低聚物为黏结剂,使用3-氨丙基三甲氧基硅(KH540)与全氟癸基三甲基氧硅(PFDT)对其进行改性,通过喷涂法在玻璃基底上制备出SiO_(2)复合粒子/酸性有机硅低聚物复合透明超疏水涂层。考察了SiO_(2)复合粒子、酸性有机硅低聚物、KH540及PFDT对复合涂层的影响。结果表明,当SiO_(2)复合粒子溶液由粒径为110 nm的胶体SiO_(2)粒子溶液与粒径为50 nm的粉体SiO_(2)粒子(其用量为胶体SiO_(2)粒子溶液质量的1%)组成、SiO_(2)复合粒子溶液与酸性有机硅稀释液质量比为4∶1、KH540与PFDT的添加量(以混合液总质量计,下同)均为1%时,制备的复合涂层在可见光波长范围内透光率可达88%,静态接触角达155°,在800目砂纸上磨损60 cm后仍能保持超疏水性能,具有良好的自清洁性。

TEPA改性Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶制备及其捕集CO_(2)特性研究

在“碳达峰、碳中和”这一国家重大战略背景下,CO_(2)捕集已经成为当前重大科技发展方向。固体吸附剂吸附法在CO_(2)的捕集过程中应用广泛,其中SiO_(2)气凝胶具有成本低、合成方法灵活、分离效率高、表面易修饰等优点。然而,SiO_(2)气凝胶材料也存在CO_(2)/N_(2)吸附选择性低,CO_(2)吸附容量有待继续提高等缺陷。为解决上述问题,制备了一种Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶CO_(2)吸附材料。首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和氮气吸脱附测试对材料表面化学和孔隙结构进行了系统表征。然后,通过二氧化碳吸附测试对其CO_(2)吸附量、选择性吸附、循环吸附进行了研究。最后,采用理论与试验研究结合的方法,对吸附剂的CO_(2)吸附动力学进行了研究。结果表明:Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶具有结构协同作用,与Cu-BTC复合后的SiO_(2)气凝胶不会改变材料的Si-O-Si骨架结构,同时可以保持Cu-BTC的晶体结构不受到损坏。复合材料具有726.431 m^(2)/g的高比表面积,570.781 m^(2)/g的微孔比表面积和0.184 cm^(3)/g的高微孔体积。负载四乙烯五胺(TEPA)后CO_(2)吸附量高达3.20 mmol/g,CO_(2)/N_(2)选择性吸附系数为40.8,循环10次CO_(2)吸附循环,吸附容量仅下降14%,提高了SiO_(2)气凝胶材料的CO_(2)吸附容量和吸附选择性。Avrami分数动力学模型对吸附试验结果拟合相关系数为0.99,且Avrami指数nA为1.9表明吸附剂对CO_(2)的吸附是非均质的多层吸附,既有物理吸附又有化学吸附,且以物理吸附为主。利用具有丰富微孔结构的金属有机骨架材料Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶进行复合,使复合材料具有分级微/介孔结构,通过增强分子间作用力(范德华力)来增强材料对CO_(2)的物理吸附;使用TEPA对材料进行浸渍改性,利用有机胺和酸性气体之间的酸碱相互作用来增强材料对CO_(2)的化学吸附。

基于SiO_(2)纳米颗粒的无标记化学发光氯霉素适体传感器

经由食物链长期摄入氯霉素残留物会给人体带来各种危害和疾病。因此,建立快速、准确且高灵敏的食品中氯霉素检测方法具有重要意义。采用溶胶-凝胶法制备了表面氨基化的SiO_(2)纳米颗粒,并用X射线衍射、透射电镜和红外光谱对其进行了表征。然后,利用酰胺键和碱基互补配对作用在SiO_(2)纳米颗粒表面依次组装互补DNA链和氯霉素适配体,成功构建了无标记化学发光氯霉素适配体传感器。该传感器制备简便,其中的氯霉素适配体既可作为生物识别元件,又可与苯甲酰甲醛反应产生化学发光信号,无需标记信号分子。该传感器的氯霉素检出限为3.26×10^(-9) mol·L^(-1),且选择性较好。将该传感器应用于实际样品中进行加标,回收率在94.67%~103.00%之间,表明该适体传感器可用于食品中氯霉素的检测。

纳米SiO_(2)改性界面剂对混凝土黏结性能的影响

混凝土结构修补加固后的工作性能取决于新旧混凝土的界面黏结性能,增强新旧混凝土黏结强度的有效途径之一是使用界面剂。通过新旧混凝土界面的斜剪试验、劈裂抗拉试验和界面过渡区SEM形貌分析,对比研究了纳米SiO_(2)溶液、纳米SiO_(2)砂浆、砂浆、丁苯乳胶、环氧树脂5种类型界面剂以及凿毛处理的界面黏结效果,分析了纳米SiO_(2)溶液、纳米SiO_(2)砂浆作为界面剂提升界面黏结性能的机理。试验结果表明:3.75%纳米SiO_(2)砂浆界面剂对新旧混凝土界面的修补效果最好,其界面过渡区的水化反应更充分,生成的网状C-S-H凝胶使得整体结构更加紧密,28 d的斜剪强度和劈裂抗拉强度最高,分别为27.3 MPa和6.3 MPa,其斜剪强度甚至比最优粗糙度(6 mm)26.5 MPa要高。

两亲SiO_(2)纳米颗粒的制备和界面扩张流变行为研究

制备了一种两亲SiO_(2)纳米颗粒,借助红外光谱及接触角测量证实了相关基团在SiO_(2)纳米颗粒表面的成功接枝,探究了其界面活性和界面扩张流变行为。通过动态界面张力测量及小幅正弦振荡实验发现,两亲SiO_(2)纳米颗粒相比亲水和疏水SiO_(2)纳米颗粒能够更稳定地吸附在界面形成一层吸附膜,降低界面张力,同时由于其扩散交换速度较慢,界面扩张模量大于亲水和疏水SiO_(2)纳米颗粒。进一步的大幅线性压缩实验发现两亲SiO_(2)纳米颗粒在表面比为0.35时其界面吸附量会发生激增,扩张模量迅速增大,其形成的界面膜具有抵抗较大程度形变的能力。

硅油/SiO_(2)纳米胶囊改性MC尼龙复合材料的性能

以二甲基硅油为芯材、二氧化硅(SiO_(2))为壁材,利用模板法及溶胶凝胶法,在水包油(O/W)乳液体系中,制备了规则球形的壳为SiO_(2)、囊芯为硅油的硅油/SiO_(2)纳米胶囊。并且,将纳米胶囊添加到MC尼龙中,制备MC尼龙/纳米胶囊复合材料。利用FTIR、SEM及TEM对纳米胶囊进行结构表征,利用DSC、TG、SEM、电子万能试验机、数字冲击试验机及DIN磨耗测试对复合材料的性能进行测试,实验结果表明,加入纳米胶囊后,材料的稳定性能得到改善,与纯样品相比,材料的热分解温度较高。当硅油/SiO_(2)纳米胶囊的添加量为0.2%时,复合材料的拉伸强度提高了24.11%;当硅油/SiO_(2)纳米胶囊的添加量为0.3%时,其磨损性能及冲击强度表现最佳,磨耗量降低了29.5%,冲击强度提高了49.82%。

纳米SiO_(2)改性粉煤灰混凝土力学性能及吸水特性研究

为了探索粉煤灰混凝土的高性能,开展了纳米SiO_(2)改性粉煤灰混凝土的力学和吸水试验,研究了粉煤灰取代率和纳米SiO_(2)掺量对混凝土力学性能(抗压强度、劈拉强度、动弹性模量)和吸水特性的影响。结果表明:粉煤灰混凝土的力学性能指标均随纳米SiO_(2)掺量的增加先增大后减小;当纳米SiO_(2)掺量从0%增加至2%时,粉煤灰混凝土28 d抗压强度、劈拉强度和动弹性模量分别提高了12.90%、7.53%和5.85%,可见纳米SiO_(2)对抗压强度影响更显著;当粉煤灰取代率从10%增加至30%时,混凝土28 d抗压强度、劈拉强度和动弹性模量分别降低了7.24%、2.61%和9.87%,可见粉煤灰对动弹性模量影响更显著;随纳米SiO_(2)掺量增加,粉煤灰混凝土的毛细吸水系数呈现出先下降后上升的趋势;随粉煤灰取代率增加,混凝土毛细吸水系数增大,且纳米SiO_(2)对混凝土毛细吸水系数影响也越显著;粉煤灰取代率和纳米SiO_(2)掺量对混凝土力学性能与毛细吸水系数之间的相关性无显著影响,混凝土抗压强度、劈拉强度以及动弹性模量与毛细吸水系数均呈现负相关性,其中抗压强度与毛细吸水系数相关性最好。

纳米SiO_(2)增强高强套筒灌浆料及高温后性能试验研究

研究了常温下不同纳米SiO_(2)(NS)掺量(0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%)对高强套筒灌浆料流动度和强度的影响,以及不同高温温度(150、200、250℃)下NS掺量对高强套筒灌浆料质量损失和强度的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:常温下,NS的掺入降低了灌浆料的流动度,灌浆料的强度随NS掺量的增加先增大后降低;高温后,灌浆料的质量损失率随温度的升高逐渐增大,抗折强度逐渐降低,抗压强度先增大后降低;NS的掺入能够降低灌浆料的质量损失率和抗折强度损失率,提高抗压强度,且随着NS掺量的增加,质量损失率和抗折强度损失率先降低后增大;NS能够改善灌浆料的内部孔结构;随着温度的升高,灌浆料的内部结构先密实后疏松。

纳米SiO_(2)对路面混凝土力学及耐磨性能的影响研究

为改善水泥混凝土路面抗弯拉强度及耐磨性不足,影响行车舒适性的难题,采用向路面混凝土中加入纳米SiO_(2),借助力学试验及磨耗试验,研究不同纳米SiO_(2)掺量对路面混凝土力学强度及耐磨性的影响。试验结果表明:加入纳米SiO_(2)对路面混凝土抗压强度、抗弯拉强度以及耐磨性均有较大提升,且均随纳米SiO_(2)掺量的增加,各项性能均呈现出先增大后减小的趋势,在纳米SiO_(2)掺量为3%时,路面混凝土抗压强度、抗弯拉强度及耐磨性能最优,分别比基准混凝土提升17.1%、19.7%及28%,改善效果明显。

镧改性Cu/SiO_(2)催化剂的乙酸甲酯高效加氢催化性能研究

采用蒸氨法制备了镧(La)改性的负载型铜硅(Cu/SiO_(2))催化剂,并对其乙酸甲酯(MeOAc)气相加氢制乙醇(EtOH)的催化性能进行了研究。采用N2吸附-脱附(N2adsorption-desorption)、X射线粉末衍射(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、氢气程序升温还原(H2-TPR)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、高分辨透射电镜(HRTEM)、光电子能谱(XPS)和原子发射光谱仪(AES)等手段对催化剂进行了的表征,发现La物种的加入产生了较多的层状硅酸铜,增强了Cu和La物种之间的相互作用。La物种的加入在结构方面提高了催化剂的比表面积,降低了铜物种的粒径,提高了铜物种的分散度;在电子还原调控方面提高了Cu+的含量,增强了催化剂吸附酰基和甲氧基的能力。与未改性的Cu/SiO_(2)催化剂相比,镧改性后Cu/SiO_(2)催化剂的乙酸甲酯加氢性能得到大幅提升;其中La掺杂量0.5%的Cu/SiO_(2)催化剂表现出最佳的催化性能,乙酸甲酯转化率达98.5%,乙醇的总收率为97.0%。

植酸/聚间苯二胺修饰纳米SiO_(2)制备水性环氧复合涂层及其防腐性能

以溶胶凝胶法制备了γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)改性SiO_(2)(f-SiO_(2));将间苯二胺(mPD)原位聚合制备的聚间苯二胺(PmPD)共价接枝在f-SiO_(2)表面,制得(PmPD-SiO_(2));最后,通过分子间作用力将植酸(PA)与PmPD-SiO_(2)结合制得PA/PmPD-SiO_(2)复合材料,用于制备水性环氧复合涂层。采用红外光谱、热失重分析和X射线光电子能谱表征了产物结构,通过扫描电镜、电化学和盐雾试验对涂层的防腐性能进行分析。结果表明,当添加质量分数为0.5%的PA/PmPD-SiO_(2)时,涂层附着力0级、铅笔硬度3H、耐冲击45 kg·cm,缓蚀效率为97.2%,耐腐蚀性最佳;腐蚀电流密度较纯水性环氧树脂(WEP)涂层缩小了36倍,低频阻抗模量较纯WEP涂层提升了2个数量级。

纳米SiO_2/Cu复合镀层的制备和组织性能研究

采用铜和纳米SiO2 粉末的复合电沉积方法 ,在 4 5钢板表面获得了厚度 0 .1～ 0 .2mm的Cu/SiO2 复合镀层 ,并应用扫描电镜、光学显微镜、显微硬度计、磨损试验机等对复合镀层的微观组织结构和性能进行了分析研究。结果表明 :在实验进行的工艺范围内 ,可获得表面平整、光滑、SiO2 微粒均匀分布且与基体具有良好结合的复合电沉积层 ;复合镀层具有良好的硬度和耐磨性能 ;随镀覆时间的增加 ,复合镀层中的微粒粒度增加 ,并先沉积的粒子为核心而长大。

醋酸纤维素水性高分子/SiO_(2)纳米复合皮革涂饰剂的制备

以A50为亲水剂,通过转换反应位点和反应官能团,调节分子链软硬段比例,引入纳米SiO_(2)提升乳液涂膜综合性能,制备WSCDA/SiO_(2)纳米复合乳液。结果表明,亲水剂A50用量为10.8%(质量分数),复合乳液及涂膜性能最优。最优条件下合成的复合乳液的平均粒径为109.5nm,粒径分布均匀,涂膜表面致密光滑,柔韧性、附着力、耐水性、耐黄变性、机械性能和热稳定性良好。WSCDA/SiO_(2)纳米复合乳液成膜时,在涂膜表面形成许多小“乳突”,产生荷叶效应,提高涂膜耐水、耐介质及耐黄变等性能。

Cu_2O-SiO_2纳米复合物直接催化过氧化氢的传感器研究

通过水溶液法制备一种Cu2O-SiO2纳米复合物,并将其修饰于电极表面,直接催化过氧化氢,成功制得了一种无酶的过氧化氢传感器。通过循环伏安和计时电流法考察了电极的电化学特性,发现Cu2O-SiO2对过氧化氢(H2O2)有较好的催化性能。实验结果表明,制备的传感器在H2O2浓度为3.5×10-7～7.5×10-3 mol/L范围内有良好的线性响应,检测下限为1.2×10-7mol/L(S/N=3)。此外,该传感器具有制备简单、成本低、响应快、稳定性好等特点。

包载型聚丙烯腈/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维制备及其隔热性能

针对传统气凝胶纤维后处理操作复杂、加工不稳定等问题,且为有效集成纳米气凝胶与纳米纤维功能和结构优势,本文围绕新型气凝胶复合纳米纤维成形与结构调控的关键难题,利用溶液喷射同轴纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)与SiO_(2)气凝胶通过一步法制备PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维,研究了复合纳米纤维中SiO_(2)气凝胶质量浓度对纤维形态结构、稳定性、孔径分布、隔热性能的影响。结果表明:所制备的PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维形态结构上呈三维卷曲状,SiO_(2)气凝胶的引入使纤维表面形成多孔褶皱型结构,且纤维表面的微孔、介孔含量随SiO_(2)气凝胶质量浓度的增加逐渐增多;该气凝胶复合纳米纤维具有优异的隔热性能,当SiO_(2)气凝胶质量浓度为6 mg/mL时,PAN/SiO_(2)气凝胶复合纳米纤维在40℃的导热系数低至0.03738 W/(m·K),未来在服用保暖、工业隔热、军用热红外屏蔽等方面具有广阔的应用前景。

纳米SiO_(2)/MUG复合改性剂的制备及其改性材性能研究

为进一步提升三聚氰胺-尿素-葡萄糖(MUG)生物质树脂改性木材尺寸稳定性,采用单一或复合硅源[纳米SiO_(2)、KH550(K5)、KH560(K6)单一或复配后]与MUG生物质树脂复合,制得K5/MUG、K6/MUG、Si/MUG、Si/K5/MUG、Si/K6/MUG 5种有机-无机复合改性剂,分别浸渍处理人工林杨木,考察不同改性剂对杨木密度、吸水性、尺寸稳定性和力学强度等性能的影响,优选出性能最佳的复合改性剂,利用SEM和FTIR分析改性剂的分布及与木材组分的反应情况,探明复合硅协同效应及复合体系之间的相互作用机制。结果表明,5种复合改性剂均具有良好渗透性,改性材的吸药量均>200%、增重率均>44%,吸水性均比素材显著降低;其中,以5%质量分数的KH550、1%质量分数的纳米SiO_(2)和30%质量分数的MUG复合改性杨木的径向、弦向和体积湿胀率最低,分别为1.14%、2.13%和3.20%;增容率最小(8.1%);抗胀缩率最高(77.5%);顺纹抗压强度最高(130.9 MPa),较素材提高了92.03%。纳米SiO_(2)经KH550接枝改性后,能更均匀分散于MUG树脂中,并被树脂包覆固化于木材内,有机-无机协同效应使复合体系的交联程度提高,无机Si元素的刚性增加了木材机械支撑强度。因此,硅烷偶联剂改性纳米SiO_(2)能进一步提升MUG改性材的尺寸稳定性和力学强度等性能。

纳米SiO_(2)强化再生混凝土力学性能的试验研究

为了提升再生骨料的性能品质,采用不同质量分数的纳米SiO_(2)和强化时间对再生骨料浸渍强化。强化前后再生骨料分别制备再生混凝土,进行单轴受压试验,借助刚性辅助架增加加载系统刚度,成功采集到再生混凝土受压应力应变曲线下降段。对试验曲线进行无量纲化处理,理论分析不同形式应力应变曲线方程式的几何特征,通过理论方程与试验曲线的拟合对比,优选适合于再生混凝土单轴受压本构关系的函数模型。通过强化前后骨料性能变化得出:纳米SiO_(2)质量分数为2%、强化48h时再生骨料性能改善效果最佳。分析试验应力应变曲线可知,曲线上升段重合度高,下降段因再生骨料取代率的不同有一定离散性,纳米SiO_(2)可使水胶比为0.5的再生混凝土峰值应力提高13.1%~24.0%,弹性模量平均提高44.5%;水胶比为0.35试验组提高幅度因再生骨料取代率的不同差异性较大。得出过镇海提出的分段函数满足典型曲线的全部几何特征,并且与试验曲线的拟合度较高,拟合得到函数参数,进而得到本构关系方程式。

纳米SiO_(2)活化磷渣水泥胶凝材料性能研究

大量磷渣堆积严重污染了环境,将其应用于混凝土材料中可实现固废利用,但是磷渣的引入会严重降低水泥强度,因而将纳米SiO_(2)引入到磷渣混凝土中可以实现大掺量应用磷渣资源,实现节能减排。研究中发现,磷渣掺量10%、20%和30%,随着磷渣掺量增加,对水泥砂浆的早期强度影响较大,强度显著降低;纳米SiO_(2)颗粒按照水泥用量的0.5%、1.0%、2.0%、4.0%和8.0%掺加,当掺量不超过4.0%的条件下,磷渣水泥的标准稠度用水量和凝结时间不断减少,并且强度得到了一定的改善,但是当掺量达到8.0%时,磷渣水泥的标准稠度用水量和凝结时间反而增加,对应强度也有所降低。因而,通过纳米SiO_(2)颗粒的合理引入,可以有效改善磷渣胶凝材料的活性,提高固废资源消纳,有助于环保和资源化社会发展。