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。

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。

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。

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。

氧八面体扭转及其对CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)介电性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势平面波方法,通过调整氧原子的位置使TiO_(6)八面体扭转,对比了氧八面体扭转前后CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)的成键状况、能带结构、原子态密度及光频介电函数等性能参数的变化,发现Ti-O-Ti键扭转方向的变化对各原子的电荷、键长和布居几乎没有影响,但扭转角度的改变发挥了关键性作用。随着Ti-O-Ti键夹角的增大,Cu的电荷量增加,Cu—O键键长增大,布居数减小,同时介电常数显著增大,表明Cu—O键刚性约束被打破后有助于CCTO光频介电常数的增加。研究揭示了TiO_(6)八面体的扭转对CCTO宏观介电性能的影响,为基于微结构调控优化CCTO的介电性能提供了新思路。

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。

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。

DBD协同NiO/α-Mn_(3)O_(4)催化降解气态邻氯甲苯

为提高介质阻挡放电(DBD)对氯代挥发性有机化合物(CVOCs)的处理效果,采用共沉淀法制备了NiO/α-Mn_(3)O_(4)复合催化剂,并协同DBD催化降解气态邻氯甲苯。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及比表面积与孔径分析仪对催化剂进行表征并探究了气体流速、外施电压、初始浓度和相对湿度等工艺参数对邻氯甲苯降解效率和能量产率的影响。结果表明:当Ni/Mn摩尔比为0.3,煅烧温度为400℃时,NiO/α-Mn_(3)O_(4)复合催化剂的催化性能最佳。邻氯甲苯的初始浓度为140 mg/m^(3),外施电压为8 kV,气体流速为0.9 m^(3)/h和相对湿度为65%时,邻氯甲苯的降解效率和矿化率较单独的DBD系统分别提高了33.9%和13.1%,O_(3)浓度和NO_(2)浓度分别降低了48.2 mg/m^(3)和12.3 mg/m^(3),CO_(2)选择性提高了12%。

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。

柑橘皮提取液绿色合成纳米Fe3O4及其吸附水中孔雀石绿的性能研究

以柑橘皮提取液为还原剂和稳定剂,绿色合成Fe3O4纳米材料,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射图谱(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对材料进行表征,并考察了其对孔雀石绿(MG)的吸附性能。结果表明:绿色合成纳米Fe3O4呈不规则圆球体,分散性和结晶度较好。在投加量为1.0 g/L、初始pH为4、温度为25℃、初始浓度为20 mg/L时,对孔雀石绿的吸附率达到95.33%。纳米Fe3O4对MG的吸附过程分别符合准二级动力学方程和Langmuir等温方程。热力学研究表明,纳米Fe3O4吸附MG是自发吸热过程。绿色合成纳米Fe3O4重复利用4次吸附率仍在70%以上。

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。

Fe3O4@Zr-MOF的制备及其去除废水中氨氮的性能和机理分析

为高效去除废水中的氨氮,采用水热法合成了四氧化三铁@锆基金属有机框架(Fe_(3)O_(4)@Zr-MOF)材料,采用SEM、XRD、BET等技术对其进行了表征,通过静态吸附试验探究了吸附材料投加量、氨氮初始浓度、pH值、反应时间对模拟废水中氨氮吸附效果的影响,并进行了吸附等温线及吸附动力学拟合,最后采用FTIR、XPS法对其吸附机理进行了分析。结果表明:在中性条件下Fe_(3)O_(4)@Zr-MOF投加量为1 g/L时,其对模拟废水中的氨氮具有较好的吸附效果,吸附过程在6 h基本达到平衡;当氨氮初始浓度为50 mg/L时,Fe_(3)O_(4)@Zr-MOF对氨氮的平衡吸附量为47.18 mg/g,去除率为94.41%;吸附等温线拟合结果表明Fe_(3)O_(4)@Zr-MOF吸附水体中氨氮符合Langmuir吸附模型(R^(2)=0.981),该吸附行为是发生在吸附剂表面的单分子层吸附;吸附动力学拟合结果表明伪二阶动力学曲线(R^(2)=0.993)对试验数据有更优的拟合效果,该吸附为典型的化学吸附;使用0.5 mol/L的HCl作为解吸剂进行解吸再生试验,5次循环后吸附量及解吸率分别仅下降了6.63%和4.85%,表明该复合材料有良好的重复使用性能;Fe_(3)O_(4)@Zr-MOF吸附氨氮的吸附机理为Fe—O—Fe、Zr—O—Zr通过配体交换作用形成了Fe—O—N、Zr—O—N,从而能够高效吸附水体中的氨氮。该研究可为吸附材料的开发与应用提供参考。

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。

PVP辅助Co3O4纳米雪花合成及在超级电容器中的应用

本文以氯化钴为原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为形貌控制剂,采用水热法与后续高温煅烧相结合,制备了雪花状四氧化三钴多孔纳米片(Co3O4PMS)。利用XRD和SEM方法对Co3O4PMS的物相和表面形貌进行了鉴定和表征。结果表明,Co3O4PMS具有比较均匀的多孔雪花片状结构,这为增大与溶液的接触面积提供了便利。该材料在电流密度为1?A·g-1时,比电容达到566.87?F·g-1,并在2?A·g-1电流密度下进行了循环稳定性测试,经过2000次循环充放电后,比电容为285?F·g-1,电容保留率为66.31%,预期将在超级电容器领域具有一定的潜在价值。

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。

MnO_2氧化法制备高电容保持率PANI-Co_3O_4

以二氧化锰(MnO2)为氧化剂,通过化学原位聚合法将溶剂热法制备的四氧化三钴(Co3O4)与聚苯胺(PANI)复合,得到PANI-Co3O4复合材料。对产物进行SEM、XRD、循环伏安和恒流充放电测试。Co3O4为立方晶型,被大量纤维状的PANI包裹着。制备的PANI-Co3O4复合材料的比电容较高,循环性能良好。在电流密度为5 mA/cm2时,单电极比电容为287 F/g,第500次循环的比电容为271 F/g,电容保持率为94.4%。

一维/二维PANI/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及其光催化性能研究

以三聚氰胺和氯化铵为前驱体通过热共聚合法制备出多孔g-C_(3)N_(4)纳米片,原位聚合法制备出一维纳米纤维PANI与多孔g-C_(3)N_(4)纳米片(PANI/g-C_(3)N_(4))复合材料。一维纳米纤维PANI具有优异电荷传输性能和良好的可见光响应,可以弥补g-C_(3)N_(4)光生电子对快速复合和可见光响应不足的缺点。多孔g-C_(3)N_(4)纳米片可以提供更多反应活性位点,同时还可以缩短光生电荷从材料内部到表面的传输距离,抑制光生载流子复合,从而提高材料光催化活性。5PANI/g-C_(3)N_(4)在180 min罗丹明B去除率达83%,经过3次循环后,对罗丹明B去除率仍保持83%,显现出优异光催化活性和稳定性。

B4C对Si3N4/Si_(2)N_(2)O结合SiC材料抗热震性能的影响

首先以Si粉、SiO_(2)微粉为原料,先在700℃空气气氛处理,然后在1400℃氮气气氛下合成Si_(2)N_(2)O,研究了B_(4)C添加量(外加质量分数分别为0、1.0%、2.0%、3.0%、4.0%)对Si_(2)N_(2)O合成效果的影响。然后根据B_(4)C最优加入量,先在700℃空气气氛保温5 h,然后在1400℃氮气气氛保温5 h制备了Si_(3)N_(4)/Si_(2)N_(2)O结合SiC试样。采用1300℃风冷5次后试样的抗折强度保持率评价其抗热震性,分析了热震前后试样的物相组成和显微结构。结果表明:1)合成Si_(2)N_(2)O的B_(4)C最优添加量为3%(w);在700℃空气处理时,B_(4)C优先和气氛中O_(2)反应生成液相B2O3,为1400℃氮气气氛生成板片状Si_(2)N_(2)O提供充足液相。2)风冷热震后,添加B_(4)C的试样中Si_(2)N_(2)O结合相保持完整,强度保持率由未添加时的67.5%提高至88.5%;同时,生成的B2O3发生碳热还原氮化反应,生成导热性好、具有自润滑特性的BN,改善其抗热震性,并在使用过程中继续为Si_(3)N_(4)/Si_(2)N_(2)O结合SiC材料提供保护。

Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的制备及其N_(2)O催化分解性能

以MMT为载体,采用原位聚合-配位沉积法制备3种不同Co负载量的Co_(3)O_(4)-MMT催化剂。采用N 2物理吸附、XRD和TEM对载体和催化剂进行表征,并在连续流动微反装置上考察其N_(2)O催化分解性能。结果表明,与Co_(3)O_(4)催化剂相比,Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的比表面积显著增大,且活性组分Co_(3)O_(4)具有较高的分散状态。Co_(3)O_(4)-MMT催化剂的催化活性随着Co含量的增加先升后降,其中0.015Co-MMT表现出最佳的催化活性,其活性远高于Co_(3)O_(4)催化剂,同时,该催化剂还表现出良好的催化稳定性和较好的杂质气体耐受性。