硅镁凝胶强化人工林杉木的制备工艺优化及性能研究

【目的】为有效提升人工林杉木物理力学性能,以无机硅酸钠(Na_(2)SiO_(3))溶液为浸渍改性剂,硫酸镁(MgSO_(4))溶液为固化剂,采用真空–加压循环浸渍方法制备硅镁凝胶改性杉木,探究硫酸镁的添加量和不同浸渍工艺对改性杉木浸渍效果和性能的影响,并优化浸渍工艺为硅镁凝胶改性杉木的规模生产提供理论依据。【方法】通过单因素试验探讨硫酸镁和硅酸钠的摩尔比、浸渍时间、浸渍压力与负/正压时间比4个因素对杉木试件改性效果的影响,在此基础上设计L_(9)(3^(4))正交试验优化浸渍工艺参数。由最佳工艺制得硅镁凝胶改性杉木与硅酸钠改性杉木,考察其质量增加率、顺纹抗压强度、硬度、吸水率、抗流失率、耐热性等性能和微观形貌表征,对比两种改性杉木之间及与未处理杉木的差异。【结果】综合单因素和正交试验结果得到:以硫酸镁和硅酸钠的摩尔比为1∶2的MgSO_(4)溶液和Na_(2)SiO_(3)溶液改性杉木,浸渍时间2 h、浸渍压力0.3 MPa和负/正压时间比2∶1的条件下制得的硅镁凝胶改性杉木性能最佳。对比未处理杉木,硅镁凝胶改性杉木的抗压强度、端面硬度、弦切面硬度和径切面硬度分别提升81.1%、73.1%、52.6%和37.2%,吸水率由129.3%降至73.3%。SEM结果显示硅镁凝胶改性杉木中硫酸镁成功浸入杉木管胞与硅酸钠反应并将其固化,导致其沉积物形貌不同,相比硅酸钠改性杉木其抗流失性提升了22.1%。TGA曲线中硅镁凝胶改性杉木的质量损失速率显著降低,由于无机组分的浸入,残余质量提升了27.09%。【结论】杉木经硅镁凝胶改性后,密度和强度增加,耐水性能改善,硬度、抗流失性及热稳定性显著提高,较硅酸钠改性杉木更具性能和应用方面的优势。

废水中Ni^(2+)在硅镁胶(2MgO·3SiO_2)上的吸附性能

采用泡花碱和氯化镁为原料,合成了一种新型硅镁胶(2MgO.3SiO2),并用傅里叶变换红外光谱仪对其进行了表征,考察了硅镁胶对废水中Ni2+的吸附性能。结果表明:此种硅镁胶含有Mg-O键和Si-Mg-O键;550℃焙烧样品对Ni2+吸附性能最佳;最佳的吸附条件是吸附剂投加量为2 g/L、溶液初始浓度为200 mg/L、吸附8 h,吸附量随着pH值的升高而增大,碱性条件下最好;在25℃时对Ni2+的最大吸附量可达107.5 mg/g,吸附过程符合Langmuir等温方程和伪二级动力学方程;重复利用四次后,对Ni2+的吸附量仍然高于90mg/g,所以硅镁胶(2MgO.3SiO2)是一种可重复利用的高效吸附剂。

锂硅电池负极材料G-Si的制备及电化学性能

硅是一种具有应用前景的负极材料。为了解决在电化学循环过程中由于硅电极体积变化较大、导电性比较差而造成负极材料比容量迅速衰减及其循环性能不稳定的问题,本研究利用溶胶-凝胶法,经过镁热反应制得具有三明治结构的负极材料石墨烯-硅-石墨烯;通过实验研究发现负极材料G-Si-1:1具有较好的电化学性能,在电流密度为0.1 A/g时首次放电比容量为1150 m A·h·g^(-1),循环100周时放电比容量为534.2 m A·h·g^(-1)。负极材料石墨烯纳米片负载硅纳米颗粒的合成路线较为简单,并且具有较高的放电比容量和较好的循环性能,在未来具有较好的应用前景。

磷/镁/硅三元阻燃棉的制备及性能研究

采用浸轧法在棉织物表面构建了六偏磷酸钠(PSP)/氢氧化镁(MH)二元阻燃层,再通过物理吸附在纤维表面包覆隔热性良好的二氧化硅胶体颗粒,制备出PSP/MH/SiO_2三元阻燃棉,并对其阻燃机理进行了探讨。通过SEM和XRD对纤维形貌、结构进行了表征;采用TG、微型量热仪(MCC)、LOI、垂直燃烧测试(VFT)对阻燃织物的热稳定性能进行了分析。测试结果表明,构筑的PSP/MH/SiO_2三元阻燃棉织物表现出良好的自熄、阻燃性能,体系的LOI达到31%,其峰值热释放速率(PHRR)和总热释放量(THR)分别为52.541 kW/m^2和0.92 MJ/m2,残炭率达到40.1%。

新型硅镁胶(MgO·2.4SiO_2)对亚甲基蓝的吸附性能

文章合成出了一种新型硅镁胶(MgO·2.4SiO2)吸附材料并对其进行了比表面积和孔径分析,其比表面积和平均孔径分别为708.21 m2/g和7.59 nm。吸附实验结果表明:此种硅镁胶对亚甲基蓝有很强的吸附能力,25℃时,最大吸附量可达1 044.68 mg/g,远大于其他吸附剂对亚甲基蓝的吸附量。吸附过程符合Langmuir等温吸附方程和伪二级动力学方程。

新型硅镁胶(MgO·2SiO_2)对模拟放射性废水中Co^(2+)的吸附性能

以泡花碱和氯化镁为原料合成出了一种新型硅镁胶(MgO·2SiO2)吸附材料,用傅里叶红外光谱仪对其进行了表征,并对模拟放射性废水中的Co2+进行吸附实验。结果表明,控制合成pH在10.50~11.00,可以得到目标硅镁胶(MgO·2SiO2),在460 cm-1处出现了较强的吸收峰,这是由Mg—O伸缩振动和Si—Mg—O弯曲振动引起。在500℃焙烧4h后,可以得到吸附性能良好的硅镁胶,随着溶液pH的升高,去除率增大,在pH为4~8时达到最大。25℃时,最大吸附量可达135.5 mg/g,吸附过程符合Langmuir等温吸附方程和准二级动力学方程。重复使用4次,对Co2+的吸附量仍然达到130 mg/g,说明硅镁胶是一种可重复利用的吸附剂。

水基凝胶注模制备高导热氮化硅陶瓷

获得低黏度的氮化硅陶瓷浆料,并利用水基凝胶注模成型工艺制备高导热氮化硅陶瓷。探究和讨论了MgO对氮化硅陶瓷的浆料流变性及热导率的影响。结果表明:MgO在浆料中造成颗粒团聚导致黏度上升,并随着MgO添加量的提高,浆料黏度对pH值越来越敏感;合理调节pH值和分散剂的添加量能获得低黏度的陶瓷浆料;利用水基凝胶注模成型工艺制备了热导率为83.7 W·m^(-1)·K^(-1),抗弯强度为945 MPa,断裂韧性为8.4 MPa·m^(1/2)的氮化硅陶瓷,表明环保的水基成型工艺制备高导热氮化硅陶瓷是可行的。

硫酸镁侵蚀后碱矿渣水泥中C(N)-A-S-H(I)组成-结构梯度变化

通过^(29)Si魔角自旋核磁共振及高分辨透射电镜-能谱方法,研究了10%(质量分数)硫酸镁溶液侵蚀后碱矿渣水泥(AAS)砂浆中C(N)-A-S-H凝胶结构梯度变化。结果表明:侵蚀表层(0.5~3.0mm)主要为硅铝凝胶;侵蚀中层(3~6mm)主要为M/C(N)-A-S-H凝胶;内部(6~9mm)主要为C(N)-A-S-H凝胶(几乎未受到侵蚀);在硫酸盐侵蚀后仍会有稳定的类托贝莫来石(Ca/Si摩尔比为0.98)/类水滑石(Mg/Al摩尔比为2.39)晶体存在,但C(N)-A-S-H凝胶主链中,位于桥氧四面体(BT)位置的铝氧四面体受硫酸盐侵蚀影响更大。同时,硫酸镁侵蚀首先造成脱钙现象发生(其位置将会由Mg补充),而后产生脱铝现象,当C-A-S-H完成脱Ca及部分脱Al后,形成Al-Si凝胶且凝胶中存在大量Mg平衡离子(即最外层产物)。

硫酸盐侵蚀条件下C-(A)-S-H组成-结构演化的量化分析

采用Fourier变换红外光谱、综合热分析、29Si魔角自旋核磁共振及透射电镜‒能谱等方法,研究了5%MgSO_(4)(质量分数)溶液干湿循环作用下硅酸盐水泥及高抗硫酸盐水泥砂浆中水化硅酸钙凝胶(C-(A)-S-H)结构变化。结果表明:硫酸盐易侵蚀C-(A)-S-H凝胶中[AlO4]桥氧四面体,[SiO4]长链中Q1(二聚体或硅链尾端)也易受MgSO_(4)侵蚀形成M/C-(A)-S-H凝胶;硫酸根与阳离子桥接,形成–Si–O–M^(2+)–1/2SO_(4)^(2–)结构吸附于C-(A)-S-H凝胶表层。采用托贝莫来石/羟基硅钙石混合模型(T/J model)推演了硅酸盐水泥和高抗硫酸盐水泥中C-(A)-S-H凝胶在MgSO_(4)溶液中干湿循环后的结构差异,给出了侵蚀后C-(A)-S-H组成化学式。提升抗MgSO_(4)侵蚀能力在于控制膨胀产物(石膏及AFt)及C-(A)-S-H凝胶中[AlO_(4)]桥氧四面体含量。