负载量对硅藻土基TiO_(2)复合材料应用性能的影响

为了提高硅藻土基二氧化钛复合材料的应用性能,推进其产业化进程,采用水解-沉淀法制备了硅藻土基二氧化钛复合材料,研究了TiO_(2)负载量对复合材料吸附性能、光催化性能及白度的影响。结果表明,TiO_(2)负载量对复合材料吸附性和光催化性影响较大,对污染物的光降解性能取决于其吸附性和光催化性的协同效应,在负载量为46%时,复合材料的光降解性能较好。复合材料白度随着TiO_(2)负载量增大而增高,在负载量为46%时,复合材料白度为91%,达到建筑装饰材料白度标准。

TiO_(2)/石墨烯基复合材料的制备及光催化降解染料研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO)和水解法制备的TiO_(2)及溶剂热法制备了还原氧化石墨烯(rGO)和一系列不同浓度的rGO/TiO_(2)纳米复合材料(0、5%、10%、15%、20%质量分数),并对合成产物进行SEM、XRD、XPS、DRS、Raman等表征,研究不同实验条件下纯TiO_(2)和rGO/TiO_(2)复合催化剂对亚甲基蓝染液(MB)的降解效果。结果表明,复合光催化剂中TiO_(2)主要为锐钛矿相,溶剂热合成引入的还原氧化石墨烯(rGO)对TiO_(2)的物相没有产生影响,rGO的引入使得rGO/TiO_(2)吸收带发生一定红移,TiO_(2)禁带宽度由3.23降低至3.09 eV;合成的(15%质量分数)rGO/TiO_(2)具有最佳的光催化效果,光催化活性最高,在100 W高压汞灯照射下70 min对20 mg/L的亚甲基蓝染料的降解率达97.6%;在500 W氙灯光源下照射70 min对20 mg/L亚甲基蓝染料的降解率达到93.2%,(15%质量分数)rGO/TiO_(2)复合光催化剂具有良好的光催化降解性及循环稳定性,5次循环光催化降解后,rGO/TiO_(2)有86.1%的降解效率。表现出了优异的吸附和光催化性能,这可为光催化处理废液提供了一种有效的方法。

2D-SiC_(f)/SiC复合材料层间Ⅰ型断裂试验及表征

二维编织碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(2D-SiC_(f)/SiC)在航空领域中得到广泛使用,然而该材料层间强度低,使其易萌生层间裂纹,引起分层破坏。为此,本工作采用楔形双悬臂梁法(W-DCB)和悬臂梁法(DCB)开展了层间Ⅰ型断裂试验,获得了2D-SiC_(f)/SiC的层间裂纹驱动的加载数据,得到了其裂纹端口张开力及张开位移变形曲线。在试验加载过程,通过光学显微镜监测了视觉裂纹扩展过程,探究了2D-SiC_(f)/SiC的层间I型裂纹扩展规律。结合理论分析和裂纹视觉特征解释了加载曲线拐点及其他特征点的断裂力学含义。利用扫描电子显微镜分析了2D-SiC_(f)/SiC的层间断面特征,揭示了断面分层裂纹扩展机制。结果表明:W-DCB方法测量的2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型初始能量释放率与DCB方法等效;2D-SiC_(f)/SiC层间Ⅰ型断裂过程中,裂纹端口变形曲线的多峰性不符合经典线弹性断裂力学预测的加载峰后特征,反映了2D-SiC_(f)/SiC层间约束关系的复杂性;层间断面为结构性非完全损伤,发生了局部纤维桥连现象。

2D-C/SiC复合材料的面内剪切本构模型

为了表征2D-C/SiC复合材料的面内剪切行为,考虑基体开裂、界面脱粘、纤维桥连弯曲等损伤机制,提出宏细观两尺度下的含损伤体元模型;引入热失配应力的影响,在分别表征卸载弹性应变和残余应变的基础上,建立材料的温度相关面内剪切本构模型。开展室温单调加载和加卸载面内剪切实验,发现残余应变和弹性应变均随剪应力的增大逐渐增大,而卸载模量随剪应力的增大持续减小。将模型用于2D-C/SiC复合材料剪切行为的模拟,结果表明:模型对于弹性应变、残余应变、卸载模量和整体应力-应变曲线的预测值均与实验数据吻合,验证了分析模型的合理性与准确性;在此基础上,给出2D-C/SiC复合材料在不同温度下的面内剪切应力-应变关系曲线,为热结构设计提供参考。

生物炭热解温度对TiO_(2)/生物炭复合材料光催化降解甲基橙的影响

以热解法制备不同温度的玉米秸秆生物炭(BC-i)(i=400℃、500℃、600℃、700℃、800℃和900℃),并通过超声辅助真空浸渍法制备了一系列TiO_(2)/生物炭复合材料(TBC-i)。结果表明:TBC-i光催化活性的提高可归因于生物炭良好的结构特性、BC与TiO_(2)之间增强的化学相互作用以及促进的光生电子-空穴的分离和转移效率。TBC-i的光催化活性均高于纯TiO_(2),TBC-800表现出最佳的光催化活性,在催化剂投加量为7g/L时,TBC-800催化剂经模拟日光照射270min后对50mg/L MO的去除率为93.02%。TBC-i复合材料的制备在一定程度上为模拟有机污染物在太阳光下的降解提供了思路。

SiC_(f)/SiC复合材料表面Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层1350℃抗热冲击和抗热冲刷性能研究

为了研究Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层在1350℃条件下的抗热冲击和抗热冲刷性能,首先在SiC_(f)/SiC复合材料上采用真空等离子喷涂技术制备了Si/Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层,并采用金相、物相、SEM、EDS、燃气热冲击设备和燃气热冲刷设备对试样进行了结构及性能表征。结果表明:涂层与SiC_(f)/SiC复合材料的结合强度为25.01 MPa。经过1350℃燃气热冲击1000次,1350℃、550 m/s燃气热冲刷1 h后,Yb_(2)Si_(2)O_(7)涂层的表面物相均主要为Yb_(2)Si_(2)O_(7)、Yb_(2)SiO_(5)、Yb_(2)O_(3)和SiO_(2),抗热冲击和抗热冲刷2项性能测试结果均达设计要求。涂层结合强度很高,复合材料、Si层和Yb_(2)Si_(2)O_(7)层耐高温且热匹配性能较好,且面层的抗燃气腐蚀能力很强,是涂层热冲击、热冲刷性能良好的主要原因。燃气热冲刷的燃气燃烧时间比燃气热冲击的总时间短,且热冲刷为恒温连续冲刷,无冷热的剧烈交替变化,故燃气冲刷后涂层边缘处靠近工装装卡的地方未见明显开裂,且连续冲刷后的黑色烧蚀区域较燃气热冲击的面积小。

g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料的制备及催化果糖脱水制5-羟甲基糠醛的研究

采用水热法制备g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料,并将其应用于果糖脱水制备5-羟甲基糠醛(5-HMF)。利用SEM、TEM、XRD、FTIR、BET等检测手段对g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料的形貌、晶型、基团和比表面积进行了表征,同时研究了反应温度、反应时间、催化剂用量及溶剂种类对果糖转化率、5-HMF的收率和选择性的影响,此外,还考察了催化剂的稳定性。结果表明,g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料具有三维立体网状结构,比表面积达到了31.4782 m^(2)/g,对果糖脱水反应具有良好的催化活性;在果糖质量为5.0 g、二甲基亚砜用量15 mL、g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO用量1.0 g、反应时间3 h、反应温度150℃的条件下,果糖的转化率为98.5%,5-HMF的收率为69.7%,选择性为70.8%;5次循环使用后,5-HMF的收率仍能达到58.8%,表明g-C_(3)N_(4)/TiO_(2)/RGO三元复合材料的催化稳定性良好。

水热合成PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料及其光催化降解有机物的应用

为探究钙钛矿氧化物基复合材料的光催化性能,以具有规则暴露面的钙钛矿相PbTiO_(3)微米片为衬底,通过水热法制备了一系列不同负载浓度的钙钛矿相PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料,通过XRD、SEM、BET、XPS和UV-Vis对所制备样品进行了系统的微结构表征及光学特性分析,并测定PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料在不同光源辐照下对30 mg/L罗丹明B(Rh B)水溶液的催化降解性质。结果表明:TiO_(2)单晶颗粒在钙钛矿相PbTiO_(3)微米片表面呈现团聚生长,颗粒尺寸为30~50 nm;随着反应物中钛酸丁酯(TBOT)的增加,钙钛矿相PbTiO_(3)微米片表面生长的TiO_(2)量增多;PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料对Rh B水溶液均表现出光催化降解特性,其中以加入0.6 mL TBOT制备的复合材料(S2)催化性能最优,在模拟太阳光辐照下于90 min内对Rh B降解效率可达95.80%,在可见光照射下于180 min内对Rh B降解效率为81.86%;PbTiO_(3)-TiO_(2)微米片复合材料的禁带宽度减小,有利于光生载流子的形成,从而有效提高了其光催化性能,也为半导体复合光催化剂的材料设计和性能优化提供了支持。

纳米TiO_(2)/SiC复合材料的光致发光性能

纳米SiC溶解于无水乙醇中,加入不同V(钛酸丁酯),通过溶胶-凝胶法得到不同w(TiO_(2))的纳米TiO_(2)/SiC复合材料。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线能谱仪(EDS)和荧光分光光度计(PL)对样品的纯度、微观形貌、元素成分和光致发光性能进行表征。结果表明,采用溶胶-凝胶法可以制备TiO_(2)/SiC复合材料,w(TiO_(2))对复合材料的光致发光特性产生重要影响。w(TiO_(2))=10%,发射峰强度大,主要与SiC和TiO_(2)表面缺陷的量子限制效应有关。随着w(TiO_(2))增加,发射峰强度下降,主要与TiO_(2)纳米颗粒表面的氧空位和缺陷的量较少有关。

FeS_(2)/TiO_(2)复合纳米材料制备及光催化性能分析

光催化技术能有效解决日益严重的水污染问题,其中心是高效光催化材料的设计与合成。以二氧化钛、升华硫粉、还原铁粉为原料,无水乙醇为过程控制剂,采用湿式机械化学合成法一步制备具有可见光响应的FeS_(2)/TiO_(2)复合纳米材料。通过场发射扫描电镜(FESEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对样品进行表征,研究材料复合方式、煅烧温度、催化剂用量、污染物浓度和溶液初始pH值等条件因素对体系光催化降解性能的影响规律。结果表明,机械化学合成FeS_(2)/TiO_(2)复合纳米材料同步实现FeS_(2)生成、FeS_(2)和TiO_(2)均匀复合以及S元素掺杂进入TiO_(2)晶格三个目标;300℃热处理的复合材料在pH值为4、催化剂投加量1 g/L和亚甲基蓝初始浓度20 mg/L时催化效果最优,在可见光下复合材料光催化降解率是单独TiO_(2)的15倍,单独FeS_(2)的1.8倍,有效提高了处理化工行业典型污染物的效率。异质结构筑和S元素掺杂改善了TiO_(2)能级结构,促进了复合体系光生电子-空穴对的有效分离和光催化利用。

TiO_(2)/GF光催化复合材料的制备及其光催化性能研究

以石墨烯泡沫(GF)为基体、钛酸四丁酯(TBOB)为前驱物,采用回流法制备TiO_(2)/GF光催化复合材料;通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱等表征手段对复合材料的形貌、微观结构、物相和光谱特性进行分析;以甲基橙(MO)为模拟降解物,研究TBOB添加量对紫外光条件下复合材料光催化降解性能的影响。结果表明:泡沫镍上生长出的碳结构对复合材料光催化效果有一定影响,与碳纳米管-石墨烯混杂泡沫(CNT-GF)相比,GF的苯六元环结构和相对较大的比表面积更利于TiO_(2)的附着,TiO_(2)/GF的光催化效果优于TiO_(2)/CNT-GF;随着TBOB添加量增多,紫外光下TiO_(2)/GF复合材料对MO的降解率先增大后减小,当TBOB添加量为3 g时,MO的降解率最大,为81.7%,TBOB添加量过多会引起TiO_(2)团聚,光催化效果降低。

表面电性对TiO_(2)纳米管-SiC复合填料去除养殖废水中氨氮效率的影响研究

试验旨在探究二氧化钛(TiO_(2))纳米管-碳化硅(SiC)复合填料在净化养殖废水方面的性能。试验采用不同前驱体通过碱性水热合成方法合成3种不同粒径和晶相的TiO_(2)纳米管,测试了3种TiO_(2)纳米管的表面电性、X射线衍射图谱和场发射扫描电镜。研究TiO_(2)纳米管负载于SiC片上并覆盖微生物膜后,在紫外光照射和黑暗条件下去除养殖废水中氨氮污染物的性能。结果表明,晶相为锐钛矿的前驱体合成的TiO_(2)纳米管表面带负电,晶相为金红石和锐钛矿混合的前驱体合成的TiO_(2)纳米管表面带正电,而表面带正电的TiO_(2)纳米管能促进带生物负电的微生物的挂膜,进而促进对养殖废水中氨氮的去除作用;其中,负载P25 TiO_(2)纳米管的SiC片对氨氮的去除率在紫外光照射和黑暗条件下的去除率分别为86.1%和58.9%。研究表明,与黑暗条件相比,紫外光照射会影响TiO_(2)的光催化活性并提高TiO_(2)纳米管-SiC复合填料去除养殖废水中氨氮的效率。

TiO_(2)纳米粒子增强超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复合材料的性能

利用硅烷偶联剂KH570对TiO_(2)纳米粒子进行表面改性,然后制备塑化超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/TiO_(2)复合材料,最后通过密炼-模压法制备不同含量和粒子尺寸的TiO_(2)纳米粒子增强PE-UHMW/高密度聚乙烯(PE-HD)复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描量热仪、万能试验机、流变仪表征测试复合材料的微观结构、结晶、力学及流变性能。结果表明,低含量的Ti O2纳米粒子(质量分数0.1%)能在聚合物基体中分散良好,使复合材料的力学性能、结晶度及流动性均有显著提升;随粒子尺寸增加,材料强度和刚度降低,断裂伸长率和熔体剪切黏度先增加后降低。然而,高含量粒子分散困难、易形成大的聚集体,导致复合材料性能下降。当TiO_(2)纳米粒子尺寸为5~10 nm、质量分数为0.1%时,复合材料展现出优异的力学性能和加工性能,拉伸强度和拉伸屈服强度分别高达58.21 MPa和44.53 MPa,且熔体剪切黏度下降19.7%。

TiO_(2)/木材复合材料光催化降解甲醛性能

【目的】光催化氧化法被认为是去除室内空气中甲醛最有效的方法之一。二氧化钛(TiO_(2))作为经典光催化半导体,因具有物理化学性质稳定、无毒无害的优点被广泛关注,但由于TiO_(2)的吸附能力低、聚集倾向强,限制了其应用。本研究旨在解决TiO_(2)吸附能力弱、易团聚使其比表面积减小的问题。【方法】以杨木为基底,采用水热法在其表面负载二氧化钛制备得到TiO_(2)/木材复合材料,探讨不同TiO_(2)溶液浓度对TiO_(2)/木材复合材料光催化降解甲醛性能的影响。【结果】与不同基底对比,木材的多孔结构及丰富的官能团能使TiO_(2)与木材间具有更好的结合力,使其具有优越的机械稳定性。锚定在木材上的TiO_(2)以锐钛矿型为主并带有少量的金红石型。随着TiO_(2)溶液浓度的增大,TiO_(2)/木材复合材料的光催化降解甲醛性能呈现先增大后减小的趋势。当配置制备的TiO_(2)溶液浓度为0.1 mol/L时,尺寸大小为500 nm~1μm的球状纳米颗粒在木材表面均匀分散且不团聚,此时在2 h紫外-可见光照射下,TiO_(2)/木材复合材料光催化降解甲醛效率是38.47%,50 min内的光催化反应速率常数为0.0093 min^(-1),在反复5次循环使用后,仍有30.12%的降解率。【结论】将光催化剂与木材复合,具有以下优势:光催化剂稳定性高,利用木材表面丰富的羟基官能团,让光催化剂在木材表面均匀生长,不易脱落;光催化剂活性提高,利用木材的三维多孔结构,赋予光催化剂较高的比表面积,使光与反应物充分接触,促进溢出气体的扩散。这将对降低室内甲醛污染、营造健康安全人居环境具有重要意义。

ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)复合材料的表征及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯、无水氯化锌、六水氯化铁为原料,采用自组装法制备了ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)复合材料。采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、漫反射光谱(DRS)、振动样品磁强(VSM)等手段对样品进行测试表征,并对ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)复合材料进行了光催化性能测试。结果表明:ZnFe_(2)O_(4)/TiO_(2)光催化剂质量比为1∶15时具有最佳的光催化效果,100W紫外光照射下45min对活性Red 24的降解率就能达到100%,表现出优异的光催化性能,可为复合材料光催化剂的研究提供一种有效的思路。

溶胶-凝胶法制备TiO_(2)硅藻土复合材料及其光催化性能

采用焙烧、酸洗等工艺预处理硅藻土,以改性硅藻土和钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备TiO_(2)硅藻土复合材料,采用XRD、SEM、FT-IR、TG等手段对其进行分析表征,以甲基橙为降解对象考察其光催化性能。结果表明:硅藻土表面均匀负载着锐钛矿型的二氧化钛,晶粒尺寸为35.76 nm。负载比2∶1、pH为>2~3、焙烧温度500℃制备的TiO_(2)硅藻土复合材料的光催化性能最好,热稳定性良好。当TiO_(2)硅藻土复合材料投入量为1 g L,对60 mL(10 mg L)的甲基橙溶液60 min内的降解率达到92%。

Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料的制备及吸附/光催化去除污染物性能

首先利用煅烧TiN制备了N-TiO_(2),并采用HF溶液腐蚀Ti3AlC2合成了Ti_(3)C_(2),然后将两者以不同质量比值进行混合,通过超声法构建了一系列Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料。采用X射线衍射仪、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计等多种表征手段对样品的物相、形貌和组成进行了分析。以罗丹明B水溶液为模拟污染物,研究了样品对污染物的吸附性能和光催化降解性能。结果表明,6%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合材料显示出最好的污染物吸附性能和可见光光催化降解性能,其光催化降解污染物效率分别是10%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)、2%Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)和N-TiO_(2)的1.2、1.4和1.9倍。催化降解污染物过程中的主要活性物质是·OH和·O-2,且三次循环实验表明Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)具有较好的光催化稳定性能。Ti_(3)C_(2)的引入拓展了复合材料的吸收带边,增强了可见光的吸收强度,促进了光生电子和空穴的分离,从而提高了Ti_(3)C_(2)/N-TiO_(2)复合体系的光催化性能。

0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料的热变形行为及热加工图

采用真空快速热压烧结法制备了0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料,在650~950℃温度范围和0.001~10 s^(-1)应变速率条件下,利用Gleeble-1500D数控动态-力学模拟试验机对0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料进行热变形试验,根据试验结果绘制了其真应力-真应变曲线。根据动态材料学模型,构建了复合材料的热加工图,确定其适宜的热加工参数。结果表明:0.5Y_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)-Cu/20Mo3SiC复合材料的真应力-真应变曲线存在典型的动态再结晶特征,其热激活能为211.109 kJ/mol,并构建了本构方程;基于动态材料模型构造的热加工图,确定了复合材料最佳的热加工工艺参数为:变形温度为725~950℃,应变速率为0.006~0.223 s^(-1)。

ZnFe_(2)O_(4)/Ag/TiO_(2)复合材料的制备及其光催化性能

以硝酸银、钛酸四丁酯、无水氯化锌、六水氯化铁为原料,采用溶胶-凝胶法与溶剂热相结合的方法制备了ZnFe_(2)O_(4)/Ag/TiO_(2)复合材料,通过扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线粉末衍射仪、X射线光电子能谱仪、振动样品磁强计、紫外可见分光光度计对样品进行表征及测试。结果表明:ZnFe_(2)O_(4)/Ag/TiO_(2)-10具有最佳的光催化效果,在紫外和可见光下对染料的降解率都能达到90%以上,具有优异的紫外可见光光催化活性。ZnFe_(2)O_(4)/Ag/TiO_(2)具有独特的磁性,能在外部磁场作用下进行回收利用,这使其在实际应用中成为可能。通过磁分离技术重复回收利用5次后仍然保持优良的光催化性能,说明ZnFe_(2)O_(4)/Ag/TiO_(2)-10具有优异的磁性及较高的光催化循环稳定性。

TiO_(2)添加量对SiC多孔陶瓷物相组成及性能的影响

为制备同时具有高气孔率和高强度的硅结合SiC多孔陶瓷,以α-SiC粉、单质Si粉及TiO_(2)粉为主要原料,在氩气气氛下经1400℃保温3 h制备SiC多孔陶瓷,探究TiO_(2)添加量(加入质量分数分别为0、2%、4%、8%)对材料物相组成、显微形貌、孔径分布及主要物理性能的影响。结果表明:随TiO_(2)添加量的增加,单质Si的衍射峰逐渐消失,材料中检测到Ti_(3)O_(5)及TiSi_(2)物相,伴随着新相的生成,SiC颗粒间结合更加紧密,其显气孔率及平均孔径减小,力学性能显著提升。当TiO_(2)添加量为8%(w)时,材料具有优异的综合性能,其显气孔率、常温抗折强度及平均孔径分别为33.6%、29.6 MPa和0.27μm。