MOF@γ-Al_(2)O_(3)复合材料的制备及其选择性染料吸附性能研究

本文通过原位生长法将金属有机骨架(MOF)与γ-Al2O3相结合制备了两种MOF@γ-Al_(2)O_(3)复合材料,即UIO-66/UIO-66-NH2@γ-Al_(2)O_(3),并将其应用于选择性染料吸附性能研究。结果表明:UIO-66/UIO-66-NH_(2)@γ-Al2O3复合材料可选择性吸附阴离子染料(刚果红,CR),吸附量分别可以达到1520.91mg·g^(-1)和1598.65mg·g^(-1)。同时,UIO-66/UIO-66-NH2@γ-Al_(2)O_(3)复合材料还具备优异的稳定性,重复使用10次后对CR的选择性吸附性能基本保持不变。

二步煅烧法制备高热稳定性无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体

采用二步煅烧法制备了高热稳定性无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体。首先以十二水合硫酸铝铵和葡萄糖为原料混合煅烧制备无定形Al_(2)O_(3)前驱体,然后以正硅酸乙酯形式向无定形Al_(2)O_(3)中引入适量的SiO_(2),煅烧后即可获得具有高热稳定性的无定形SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体。当SiO_(2)引入量为26%(质量分数)时,粉体经950℃下煅烧4 h仍为无定形结构;对前驱体进行研磨后,粉体热稳定性进一步提升,在1 020℃下煅烧4 h仍为无定形结构。研究表明,SiO_(2)引入量和前驱体混合均匀性对复合粉体的高温热稳定性有明显影响。

CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料的制备及其在含日落黄废水处理中的应用

制备了铁酸钴-氧化铝(CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3))复合材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积和孔径分析仪对多孔CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料的物相和形貌进行了分析.利用制备的CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料活化过硫酸氢钾(PMS)来降解废水溶液中的日落黄(SY),通过研究CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)材料制备过程中Co^(2+),Fe^(3+)和Al^(3+)的物质的量之比、煅烧温度和时长对材料催化性能的影响,发现Co^(2+),Fe^(3+)和Al^(3+)的最佳物质的量之比为1∶2∶12,最佳煅烧温度为400℃和最佳煅烧时长为3 h.对采用在最优条件下制得的CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料作为催化剂,PMS氧化降解含日落黄废水进行研究,考察了pH值、温度、不同体系、PMS用量、CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)材料用量和一些阴离子对日落黄降解的影响.结果表明:在pH=7,温度为55℃条件下,用0.1 g催化剂和0.125 g PMS能使100 mL质量浓度为0.6 g·L^(-1)的日落黄溶液在30 min内降解率达到99.5%.同时,碳酸氢根负离子(HCO3-)和硝酸根负离子(NO_(3)^(-))的加入抑制了日落黄的降解,而Cl^(-)则能促进日落黄的降解.此外,在进行4次循环使用后,CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)仍表现出很好的催化性能,日落黄去除效果仍能达到90%以上.

TiO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化臭氧氧化水中布洛芬

以葡萄糖为模板,采用蒸发诱导自组装法合成了γ-Al_(2)O_(3)介孔催化剂,以钛酸四正丁酯(TBOT)为原料制备TiO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化剂,并将其用于催化臭氧氧化水中布洛芬(IBU).X射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸附-脱附和吡啶红外光谱表征结果表明,TiO_(2)均匀负载于γ-Al_(2)O_(3)表面,保持γ-Al_(2)O_(3)有序的介孔结构,具有较大的比表面积和更多的Lewis酸性位.不同催化剂活性评价结果表明,TiO_(2)的负载显著提高γ-Al_(2)O_(3)催化臭氧氧化水中布洛芬的活性,反应60 min,TiO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化剂的TOC去除率达到80%,而γ-Al_(2)O_(3)、TiO_(2)及单独臭氧氧化过程中TOC去除率则分别达到62%、32%及26%.电子顺磁共振和原位激光显微拉曼光谱实验结果表明,Lewis酸性位为臭氧高效分解的活性位,活性原子氧和过氧物种是TiO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化臭氧氧化反应的活性氧物种,有利于有机物的矿化,从而表现出最高的催化活性.重复利用实验结果表明,TiO_(2)/γ-Al_(2)O_(3)催化剂具有较长的使用寿命.

改性SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合氧化物的结构与性质研究

采用溶胶-凝胶法分别制备了碱土金属氧化物MgO、过渡金属氧化物ZrO_(2)、稀土金属氧化物CeO_(2)改性的SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合氧化物,通过XRD、N_(2)吸附、NH_(3)-TPD及Py-IR等表征手段考察了助剂MgO、ZrO_(2)和CeO_(2)的引入分别对SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合氧化物结构及性质产生的影响。结果发现,SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合氧化物(SA)改性后的比表面积均显著增加。其中,SA-Mg的孔体积和平均孔径较SA减小,SA-Zr、SA-Ce的孔体积则增大。引入MgO后,SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合氧化物总酸量减少,弱酸中心数量稍有增加,B酸中心比例增加。引入ZrO_(2)后,SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合物表面产生了新的弱酸和中强酸中心,酸量增加明显,同时L酸中心比例大大增加,酸类型由以B酸中心为主转变为以L酸中心为主。CeO_(2)改性后,SiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合氧化物总酸量减少,弱酸中心数量增加,L酸中心比例增加,酸类型以L酸中心为主。

复合持续时间对P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)异相复合玻璃结构和力学性能的影响

近年来,分相玻璃以其独特的结构以及优异的物理化学性质引起了广泛关注。本研究结合气动雾化加料和机械搅拌,采用熔融冷却法制备了纳米SiO_(2)-Na_(2)O高硅玻璃颗粒增强的P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)玻璃。通过改变复合持续时间,研究了玻璃的结构与力学性能之间的关系。结果表明,异相复合玻璃的杨氏模量高于P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)玻璃,并且随着复合持续时间由10 s增大到8 min,玻璃的杨氏模量呈现先升高后降低的趋势,在复合持续时间为6 min时,杨氏模量达到最大值80.7 GPa。相比于P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)玻璃,杨氏模量提高了18%。引入SiO_(2)-Na_(2)O高硅玻璃颗粒不仅能够在基体玻璃中形成第二相,而且会改变P_(2)O_(5)-Al_(2)O_(3)玻璃的结构。随着复合持续时间由10 s增大到6 min,异相复合玻璃网络中磷的配位数逐渐增大,并且玻璃网络中的非桥氧数量逐渐减少,网络交联度逐渐增加。而复合持续时间超过8 min,则不利于网络交联度的增加。异相复合玻璃的开发为耐损伤玻璃材料的制备提供了新的思路。

Ti_(2)AlC粉末粒径分布对TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织及性能的影响

通过不同时间的湿法球磨得到不同粒径分布的Ti_(2)AlC粉末,再与Cu_(2)O粉末和铜粉末混合,利用放电等离子烧结技术制备TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,研究了Ti_(2)AlC粉末粒径分布对其组织和性能的影响。结果表明:随着Ti_(2)AlC粉末中亚微米级颗粒体积分数由0增加到70.27%,复合材料中增强相颗粒TiC_(0.5)和Al_(2)O_(3)在基体中分散更均匀,但是当亚微米级颗粒体积分数为98.07%时,增强相颗粒出现聚集现象;随着亚微米级颗粒体积分数的增加,复合材料的导电率与相对密度先减小后增大,硬度与屈服强度则先升后降,当亚微米级颗粒体积分数为70.27%时,复合材料综合性能最优异。

ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合氧化物催化反应精馏合成碳酸二甲酯

采用共沉淀法制备了一系列不同Al_(2)O_(3)含量的ZrO_(2)-Al_(2)O_(3)复合氧化物,并在催化精馏实验装置中考察了该催化剂在碳酸丙烯酯(PC)与甲醇酯交换制备碳酸二甲酯(DMC)过程中的催化性能。通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、CO_(2)程序升温脱附(CO_(2)-TPD)和NH_(3)程序升温脱附(NH_(3)-TPD)等手段对所制备的催化剂进行了表征。结果表明,催化剂表面存在的酸碱性位点是制约PC与甲醇酯交换性能的重要因素。复合氧化物中Al_(2)O_(3)含量可以有效调控催化剂的结构特征和表面的酸碱性质,不同于Zr O_(2)或Al_(2)O_(3)单金属催化剂,复合氧化物Zr O_(2)-Al_(2)O_(3)在合成过程中形成了稳定的固溶体结构,导致催化剂表面弱酸量增加,并产生了强碱位点。数据分析表明,催化剂表面的强碱和弱酸含量高时,其催化活性高,说明该反应具有酸碱协同催化作用。当Zr/Al比为1时,弱酸和强碱量均达到最大值,PC的转化率和DMC选择性可达到98.14%和99.96%。催化剂在经过12次循环使用后依旧保持较高的活性,具有良好的结构稳定性。

复合载体TiO_2-Al_2O_3的制备及其对Ni-Mo-S负载型催化剂加氢脱氧性能的影响

采用共沉淀法制备出复合载体TiO2-Al2O3,用N2-吸附、XRD和吡啶吸附红外光谱等手段进行表征。采用原位硫化法制备Ni-Mo-S/TiO2-Al2O3负载型催化剂,以苯酚为模型化合物研究其加氢脱氧催化性能。主要研究铝源和沉淀剂对TiO2-Al2O3复合载体性能的影响以及其作为载体对Ni-Mo-S/TiO2-Al2O3催化苯酚加氢脱氧反应的影响。结果表明,以氯化铝为铝源制备的复合载体具有较大的孔容和孔径,孔容达1.12 cm3/g,孔径达18.0 nm;以硫酸铝为铝源和以碳酸氢铵为沉淀剂制备的复合载体具有较大的比表面积,高达295 m2/g;氨水沉淀制备的复合载体具有较多的L酸;以硫酸铝为铝源制备的复合载体形成少量的B酸。TiO2-Al2O3作为载体影响Ni-Mo-S/TiO2-Al2O3负载型催化剂加氢脱氧性能的主要因素是载体的酸性和载体的比表面积。在300℃,4.0 MPa条件下Ni-Mo-S/TiO2-Al2O3催化苯酚的转化率达81.9%,产物中无氧化合物的总选择性达100%,脱氧率达79.4%。

TiO_(2)/Al_(2)O_(3)复合载体的气体传质模拟与结构优化

为优化TiO_(2)/Al_(2)O_(3)复合载体结构用于高通量全硅Deca-Dodecasil 3R(DD3R)分子筛膜的制备,构建基于黏性流和克努森扩散的气体传质模型,并结合实验获得模型所需参数,探讨了操作条件与结构参数对复合载体内气体渗透的影响。结果表明:单组分气体流率的模型计算值与实验值吻合较好,验证了模型的可靠性;增加压力或降低温度均会减少克努森扩散对气体渗透的影响;CO_(2)通过复合载体的多层非对称结构时,传质阻力主要集中在TiO_(2)层与海绵层。在DD3R分子筛膜已有工作的基础上,通过建立载体与分子筛膜CO_(2)渗透性之比的等值线图,揭示了TiO_(2)/Al_(2)O_(3)复合载体渗透性与TiO_(2)层、海绵层结构参数(孔径和层厚)间的协同关系。

Cr_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)复合薄膜对304不锈钢抗高温氧化性能的影响

电沉积-热解法沉积氧化物薄膜是提高材料抗高温氧化性能的重要途径。采用电沉积-热解法在304不锈钢表面制备了Cr_(2)O3-Al_(2)O_(3)单一薄膜和复合薄膜,研究了单一薄膜和不同沉积液浓度制备的复合薄膜在900℃下的高温循环氧化行为。氧化动力学曲线、SEM形貌及XRD分析结果表明:电沉积-热解沉积薄膜明显提高了304不锈钢的抗高温氧化性能。Cr(NO3)3与Al(NO3)3酒精溶液摩尔浓度比为2∶1制备的Cr_(2)O3-Al_(2)O_(3)复合薄膜经高温氧化后表面生成了保护性的Cr1.3Fe0.7O3和NiCr_(2)O_(4) 氧化层,其氧化增重和氧化膜剥落量分别是未沉积试样的27.3%和17.6%,抗高温氧化性能最佳。复合薄膜降低了合金表面的氧分压,有利于形成保护性的选择性氧化膜,Cr_(2)O3和Al_(2)O_(3)均具有优异的抗氧化性能,而且Al_(2)O_(3)降低了高温下Cr_(2)O3的挥发,因此显著提高了试样的抗高温氧化性能。

SO_(4)^(2)-/TiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合固体超强酸催化合成富马酸二甲酯

在复合固体超强酸 SO42 - / Ti O2 - Al2 O3催化下 ,由富马酸与甲醇合成富马酸二甲酯。考察了催化剂用量、原料配比等因素对产物收率的影响 ,确定了酯化最佳条件为 :醇酸比 6∶ 1,反应时间 4h,催化剂用量 3g,该条件下 ,产物收率达 91.4%。

(Nb/Ta)-Al_(2)O_(3)复合耐火材料用粗骨料的设计与生产

现代高温工艺要求智能耐火材料除了具有优越的热机械性能外,还具有电性能。基于耐火金属和耐火氧化物的复合耐火材料是一种很有前途的新型高温领域用智能材料,本文将导电、导热和可延展的耐火金属(如铌和钽)与粗、细颗粒氧化物陶瓷骨料(如刚玉)结合,开发出具有烧结期间低收缩、高温下抗蠕变和热震性改善的功能性耐火材料。这种智能耐火材料是通过使用陶瓷技术进行成型的,如浇注和加压注浆。开发这种新型耐火材料的第一步是生产预烧结粗颗粒(Nb/Ta)-Al_(2)O_(3)复合耐火骨料。由于骨料的性能是化学组成和形态的函数,因此它们受原材料的化学性、耐火金属的含量、烧结温度和工艺技术的影响。

TiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体的制备及光催化性能

Al_(2)O_(3)陶瓷膜在过滤染料废水过程中容易被染料大分子堵塞,导致Al_(2)O_(3)陶瓷膜水通量下降。以钛酸丁酯、异丙醇铝为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备Ti(OH)_(4)-AlOOH复合溶胶,经450℃烧成获得TiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体。以SEM、纳米粒度/电位仪作为主要表征手段,研究了不同Ti(OH)_(4)和AlOOH摩尔比对复合溶胶粒径分布的影响,进而探究TiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体的光催化性能。结果表明,Ti(OH)_(4)和AlOOH摩尔比为0~0.4时,随着Ti(OH)_(4)和AlOOH摩尔比的增大,胶粒的平均粒径从67.5 nm减小到34.0 nm, Ti(OH)_(4)-AlOOH复合溶胶的电位从43 mV升高至53 mV。当Ti(OH)_(4)和AlOOH摩尔比为0.4时,复合粉体对结晶紫的去除率高达79.3%,反应速率常数增大到了0.018 min^(-1)。TiO_(2)-Al_(2)O_(3)复合粉体制备的陶瓷膜能有效降解表面沉积的大分子,解决了陶瓷膜堵塞的问题。

活塞杆表面制备CoNiCrAl/Cr2O_(3)·SiO_(2)·TiO_(2)复合涂层的性能研究

采用超音速火焰喷涂与高焓等离子喷涂相结合的方法,在启闭机活塞杆用45钢表面制备了CoNiCrAl/Cr2O_(3)·SiO_(2)·TiO_(2)复合涂层。分析了该涂层的微观组织结构、显微硬度、孔隙率、结合强度、抗磨损性能和电化学性能等,并分析了涂层的磨损机理。结果表明:涂层的孔隙率为0.57%,涂层的平均显微硬度达1332.3HV0.2,涂层结合强度均值达到63.7 MPa,涂层的抗摩擦磨损性能是基体45钢的84.3倍,CoNiCrAl/Cr2O_(3)·SiO_(2)·TiO_(2)涂层具有优良的抗磨损性能。CoNiCrAl/Cr2O_(3)·SiO_(2)·TiO_(2)涂层的抗电化学腐蚀能力强于基体的。利用超音速火焰喷涂与高焓等离子喷涂相结合制备的CoNiCrAl/Cr2O_(3)·SiO_(2)·TiO_(2)涂层具有优良好的应用前景。

金刚石增强Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系陶瓷基复合材料的界面研究

以Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系低温玻璃为基础结合剂烧制金刚石增强陶瓷基复合材料,利用扫描电子显微镜、X射线能谱、X射线光电子能谱、拉曼光谱及力学性能测试仪等对其界面结合强度、界面处元素分布及界面化学键进行了表征。结果表明,Na_(2)O-B_(2)O_(3)-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)系陶瓷结合剂与金刚石颗粒界面结合强度高,790℃煅烧时试样抗折强度达到77.82 MPa。Si、B、Na、Zn各元素在界面位置发生扩散,而Al元素没有明显扩散,元素扩散提升了结合剂对金刚石的把持力。陶瓷结合剂与金刚石在界面处形成C-O、C=O和C-B键,化学成键进一步增进界面结合。另外,790℃煅烧的复合材料中金刚石颗粒保存完好,而850℃煅烧时金刚石出现石墨化迹象。

太阳光/TiO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)光催化处理垃圾渗滤液的研究

采用液相共沉淀法制备了TiO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)复合催化剂,在其最佳合成条件下,比较了太阳光/TiO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)与UV/TiO_(2)处理垃圾渗滤液的性能。结果表明,当Ti(SO_(4))_(2)与Al_(2)(SO_(4))_(3)·18H_(2)O摩尔配比为1:2、聚乙二醇2000投加质量分数为1.25%、焙烧温度为650℃时,TiO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)的催化活性最强。当催化剂投加量与垃圾渗滤液COD质量比为1.75、反应时间为90 min、渗滤液pH为3时,太阳光/TiO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)对COD、NH_(4)^(+)-N的去除率几乎达到最高,分别为81.97%和54.95%,略高于UV/TiO_(2)在最佳反应条件下的COD、NH_(4)^(+)-N去除率。因此,太阳光/TiO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)可作为UV/TiO_(2)处理垃圾渗滤液的改良技术。

一维TiO_(2)-Al_(2)O_(3)载体的制备及其在加氢脱氮中的应用

为提高现有负载型NiMoS催化剂的加氢活性,以碳纳米管为结构导向剂,分别采用浸渍法和溶胶-凝胶法制备了2种一维TiO_(2)-Al_(2)O_(3)载体,并采用共浸渍法制备了相应的负载型NiMoS催化剂,探究了不同结构的载体对NiMoS/TiO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂加氢脱氮性能的影响。结果表明,当选择以溶胶-凝胶法制备的一维TiO_(2)-Al_(2)O_(3)为载体时,NiMoS/TiO_(2)-Al_(2)O_(3)催化剂上的加氢脱氮活性较高,在350℃、氢压为3 MPa、转速为400 r/min的条件下反应4 h,喹啉的转化率达到99%以上,脱氮率达到40.75%。

Fe_3O_4/TiO_2复合微粒电流变液的制备及其电流变性能

采用溶胶-凝胶法在经表面羟基活化处理的纳米Fe_3O_4颗粒表面包覆无定型态TiO_2,并用极性分子丙烯酰胺掺杂改性TiO_2包覆层,得到了Fe_3O_4/TiO_2核壳复合微粒,然后将其分散到甲基硅油中配制成复合微粒电流变液;研究了复合微粒的物相和微观形貌,以及电流变液的电流变性能。结果表明:TiO_2能够均匀紧密地包覆于纳米Fe_3O_4颗粒表面,并且包覆4次TiO_2,搅拌时间为4h,丙烯酰胺质量分数为25%时,制得的复合微粒电流变液的电流变性能最好,其剪切强度可达41.9kPa。

Fe_(3)O_(4)-TiO_(2)复合材料的制备及光催化降解四环素的研究

将共沉淀法与溶胶-凝胶法相结合,制备Fe_(3)O_(4)-TiO_(2)复合材料,通过XRD、XPS、BET、TEM等测试技术对Fe_(3)O_(4)-TiO_(2)进行表征分析,以四环素为目标污染物,在Fe_(3)O_(4)含量、反应投加量以及反应初始pH等条件下,研究了Fe_(3)O_(4)-TiO_(2)光催化降解四环素的效果。结果表明,光催化降解60 mL浓度20 mg/L的四环素废水,Fe_(3)O_(4)-TiO_(2)的最优配比为m(Fe_(3)O_(4))∶m(TiO_(2))=2.5%,2.5%Fe_(3)O_(4)-TiO_(2)的最优投加量为60 mg,最优pH约为7,60 min降解四环素废水可达90%以上。