高重频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术分析研究

为了消除激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)中的自吸收效应,提高元素定量分析的精确度,同时满足工业中便捷分析元素的要求,需将自吸收免疫激光诱导击穿光谱技术(self-absorption free laser-induced breakdown spectroscopy,SAF-LIBS)的装置小型化。本文提出了一项新型的高重频声光门控SAF-LIBS定量分析技术,使用高重频激光器产生准连续的等离子体以增强光谱强度,并将声光调制器(acousto-optic modulator,AOM)作为门控开关,从而使微型CCD光谱仪和AOM能够代替传统大型SAF-LIBS装置中的像增强探测器(intensified charge coupled device,ICCD)和中阶梯型光栅光谱仪,实现自吸收免疫的同时缩小了装置的体积,降低了装置的成本。将该系统参数进行优化选择后,对样品中的Al元素进行了定量分析和预测。实验结果表明,等离子体的特性受激光重复频率的影响进而会影响光谱信号的强度。在1~50 kHz激光重复频率范围内,Al I 394.4 nm和Al I 396.15 nm的双线强度先增强后减弱,确定最佳的激光重复频率为10 kHz。在不同的光纤采集角度下,Al的双线强度比随延迟时间的增加而减小,在45°处信噪比最高,且在一定的积分时间下,最佳光学薄时间t_(ot)为426 ns。在激光重复频率为10 kHz、光纤采集角为45°、延迟时间为400 ns的条件下,对Al元素进行定量分析和预测结果表明,Al元素定标曲线的线性度R2为0.982,平均绝对测量误差相对于单一LIBS的0.8%可以降低至0.18%。定量分析结果与传统大型SAF-LIBS装置的测量精度相持平。因此本高重频声光门控SAF-LIBS装置不仅有效地屏蔽了光学厚等离子体中的连续背景辐射和谱线加宽,同时具备小型化、低成本、高可靠性的优点,有助于推动SAF-LIBS技术由实验室走向工业应用。

纳米银负载的聚丙烯纤维膜制备及其对化生污染物防护性能研究

化生污染物可能会严重危及公众健康和生态环境安全,透气式防护服是抵御其威胁的重要防护装备。随着威胁形势不断演变和防护与舒适性需求的不断提高,迫切需要在防护材料上取得突破,以实现防护服在高阻隔、轻量化、透气性等性能上的综合提升。本文采用大气压低温等离子体表面改性结合化学接枝技术,制备了纳米银负载的聚丙烯(PP)纤维膜,以实现化生污染物的高效防护。通过优化熔体微分静电纺丝施加电压、收集辊转速等工艺参数,制备了高效低阻的PP纤维膜。通过等离子体电学、光学性能测试和纤维性能表征,证实等离子体处理过程可在PP纤维膜表面接枝含氧官能团,等离子体处理2 min时对纤维机械性能影响较小;制备的PP-CS-Ag复合纤维膜对芥子气模拟剂2-氯乙基乙基硫醚(2-CEES)24 h的降解率达95.87%,对大肠杆菌1h的灭活率达99.99%。

橡塑共混材料在防护装备上的应用研究

目前防毒衣、防毒帐篷等防护装备均以橡胶材料或高分子复合膜材料为主,但是橡胶材料防毒时间短且不能热合成型;高分子复合膜防毒时间较长,但是低温下僵硬,多次折叠后容易产生裂纹,防护性能下降。针对该问题,本文以氯化丁基橡胶和尼龙为主体材料,制备CIIR/PA动态硫化热塑性弹性体,分析增塑剂用量、橡塑比以及形态分布对共混材料的分散情况和防毒性能的影响,为共混材料在防护装备上的应用提供借鉴。

基于响应面法的硝酸氧化耦合生物降解预处理褐煤提取腐植酸工艺条件优化研究

从褐煤中提取腐植酸是实现低阶煤高值利用的有效途径,为提高矿源腐植酸提取率和生物活性,采用青霉菌(Penicillium pimiteouiense PPLL2205)高效降解转化褐煤,探究硝酸氧化耦合生物降解预处理对煤基腐植酸提取率的影响,结合元素分析、紫外-可见光谱和红外光谱分析表征其生物活性官能团。结果表明:经单因素和Plackett-Burman实验筛选得到显著影响褐煤腐植酸提取率的因素为硝酸浓度、降解温度和时间;通过Box-Behnken实验优化得硝酸氧化耦合生物降解预处理褐煤的最佳工艺条件为用5 mol/L硝酸氧化粒度为0.125 mm的褐煤,将氧化煤按1 g∶100 mL的固液比装载于接种有1.5%PPLL2205菌株的培养液中,调节pH为7,在温度为30℃、转速为230 r/min下降解15 d,再经碱溶酸提,此条件下腐植酸的提取率高达87.162%;与仅用硝酸氧化处理相比,硝酸氧化耦合生物降解预处理褐煤后提取的腐植酸含有更多的含氧官能团,具有更低的芳香度和更小的相对分子质量,在提高产率的同时增强了矿源腐植酸的生物活性。

活性炭二次活化工艺研究进展

活性炭二次活化是指对已经完成活化的活性炭进行再活化的过程。活性炭二次活化技术作为一种活性炭孔隙调控手段,在合适的工艺条件下,可以使活性炭的孔隙结构更为发达,并且使孔径分布更为集中,从而赋予活性炭特异性功能。综述了二次活化工艺在活性炭孔隙调控方面的研究进展及应用途径,并对其未来的应用及发展方向进行展望,为高性能活性炭的开发和应用提供参考。

温度对ASZM型浸渍炭氯化氰防护时间影响研究

在开展浸渍活性炭对氯化氰防护性能评价时,为解决ASZM型浸渍炭无温度修正公式的问题,GJB1468A—2007等标准规定需将实验结果修正至20℃,依据GJB1468A等标准,开展了温度对ASZM型浸渍炭氯化氰防护时间的影响研究,分析了测试过程引入的不确定度对测试结果的影响,给出了ASZM型浸渍炭的温度修正公式。

刚性包装容器密封性检测方法研究

刚性包装容器的密封性是保证包装内产品质量和安全的重要指标,尤其对于含有气体或易挥发物质的产品。介绍了几种常见的刚性包装容器密封性检测方法,探讨了刚性包装容器密封性检测方法的具体应用和未来发展方向,以期为包装行业提供参考与借鉴。

新型聚芳醚腈固化邻苯二甲腈树脂的研究

通过两步一锅法制备了氨基封端的新型杂萘联苯聚芳醚腈(A-PPEN),其具有比常用的芳香二胺固化剂4,4’-二氨基二苯砜(DDS)更为优异的热稳定性。采用差示扫描量热法(DSC)研究了A-PPEN对间苯二酚基邻苯二甲腈树脂前体(DPPH)的固化过程,结果显示该固化体系具有自催化固化的特征,A-PPEN的投料比会影响体系的固化活性。另外研究了该固化体系的流变特性和热稳定性,结果表明树脂的5%热失重温度(T_(d5%))最高可达552.9℃,800℃时残炭率(C_(y800))为78.6%,最低黏度可至0.06 Pa·s,具有优异的热稳定性和较宽的加工温度窗口。

静电纺丝纤维对煤基气体污染物脱除研究进展

煤在气化和燃烧过程中产生的气体污染物和颗粒物会转移到合成气和空气中,从而产生设备腐蚀和环境污染等问题。静电纺丝纤维具有可调控的、超细的直径,多孔的结构,超高的比表面积,可设计的形貌以及易于表面修饰等优点,在气体污染物脱除领域有着巨大的应用价值。介绍了静电纺丝的基本原理和发展现状,综述且简要分析了静电纺丝纳米纤维材料在PMs、CO_(2)、NO_(x)、H_(2)S、SO_(2)和VOCs等气体污染物脱除方面的应用及研究现状。最后,对电纺纤维在气体污染物脱除领域中更广泛、更深入的应用前景进行了展望。

VOCs高效吸附材料研究进展

随着煤化工行业的不断发展壮大,煤焦化和煤气化等核心煤化工过程相伴的污染物排放问题也越来越严重,其中挥发性有机化合物(VOCs)的大量排放对我国大气环境已造成严重污染。此外,由于VOCs的挥发性大,人和动物吸入或皮肤接触后会引起急性和慢性中毒,因此,对于VOCs的高效吸附净化的意义重大。对VOCs的净化过程和方法,如低温等离子体技术、生物处理法、冷凝吸收法、膜分离法、燃烧法、吸附法以及常用吸附材料现状进行了综述,主要总结分析了静电纺丝纳米纤维、活性炭、金属有机框架材料和分子筛的制备方法和材料特点,并对其发展趋势进行了展望。

煤基氰化物吸附材料研究进展

我国能源资源的赋存特点决定了在今后很长一段时间内,煤都是我国的主要能源。煤炭清洁转化利用以及对煤转化过程中污染物的处理对于我国经济社会的可持续发展和生态环境的保护意义重大。由于煤化工以及诸多煤转化工艺特殊的反应条件和煤特有的元素组成,煤气化煤气、热解尾气和焦炉煤气中都存在氰化物,煤气化、焦化等过程产生的废水和洗涤水同样含有一定量的氰化物,如氢氰酸(HCN)和氯化氰(CNCl)。氢氰酸和氯化氰均为高毒性气体,对含氰气体的吸附净化研究迫在眉睫。论述了净化气态氰基化合物的方法,目前对含氰气体污染源的处理方法主要有:吸收法、燃烧法、催化水解法、吸附法等。以氢氰酸和氯化氰为例,总结了其来源、处理方法和常用吸附材料。分析了活性炭、碳纤维、分子筛、金属有机框架等材料的制备方法和材料特性,目前针对多孔材料吸附剂的研究主要集中在表面改性上,使其在简单物理吸附的基础上增加化学吸附的贡献,提高活性组分负载量和分散程度、调节表面反应活性位点,这样不仅能提高活性炭基吸附剂的吸附容量和性能,且能避免因物理吸附作用力微弱而导致的吸附质脱附。对氰化物吸附材料的发展趋势进行展望,各类材料的研发重点在于:大规模、低成本连续化制备具有均一性和均匀性的吸附材料;提高材料的表面反应活性和结构效能,提高活性组分负载量和吸附容量,防止气相污染物吸附之后脱附;研发高效再生吸附材料,高效回收利用,避免产生有害固废,进而提高吸附材料的综合性能。

沸石分子筛用于挥发性有机物吸附的研究进展

挥发性有机物(Volatile organic compounds,VOCs)是生成臭氧和细颗粒物(PM_(2.5))的重要前驱体之一,对生态环境和人类健康都有重大的危害。针对低浓度的VOCs分离富集,吸附法具有低成本和操作简单的优势。在吸附法中,吸附剂的选择非常关键。沸石分子筛具有大的比表面积、可调控的孔道结构和尺寸、亲疏水性能及良好的水热稳定性和不可燃性,是一类十分重要的吸附剂材料。本文扼要介绍了沸石分子筛的结构对VOCs吸附性能的影响、吸附理论模型的相关应用以及整体式分子筛吸附剂在VOCs净化领域的研究进展。通过选择适宜拓扑结构和阳离子类型的沸石分子筛实现对特定VOCs分子的选择性吸附;通过提高硅铝原子比、表面改性、杂原子掺杂以及合成沸石分子筛基复合材料等方式提高沸石分子筛的疏水性能,增强沸石分子筛对水汽的抵抗能力。传统的微孔沸石分子筛由于微孔尺寸与VOCs分子尺寸相近,会限制VOCs分子在沸石分子筛孔道中的扩散,近年来,通过构建多级孔道或者缩小沸石分子筛的晶粒尺寸,可有效减小沸石分子筛中VOCs传质阻力,并提高其VOCs吸附容量。但由于在实际工业应用中,实验室合成的沸石分子筛样品难以与工业应用尺寸相匹配,需将沸石分子筛通过挤压成型或者涂覆等方式制成整体式吸附剂来提升其实际应用的适应性。在研究沸石分子筛吸附性能的同时,研究者们将经典吸附理论模型应用其中,从理论角度解释此过程中涉及的扩散和动力学问题。随着沸石分子筛吸附VOCs的性能的提升和机理研究的不断深入,沸石分子筛吸附剂在VOCs净化领域的应用不断拓展。沸石转轮是近年来整体式沸石分子筛应用的重要实践,并在其末端结合燃烧技术,降低VOCs的污染,已被广泛应用于VOCs尾气净化处理中。

冷等离子体纤维表面原位沉积氧化镁及其抗菌性能研究

随着疫情的发展和后疫情时代的到来,人们对抗菌口罩、医用防护服等可穿戴抗菌织物的需求急剧上升。本文采用脉冲驱动冷等离子体对低熔点聚丙烯(PP)纤维膜进行原位氧化镁(MgO)纳米颗粒沉积,制备柔性抗菌纤维织物。以Ar/O_(2)为反应气氛,在考察等离子体对纤维性能影响的过程中优化了等离子体放电参数、气体比例、气体流量和等离子体处理时间等因素,并探究了不同因素(前驱体浓度、Ar/O_(2)比例、处理时间和接触时间)对抗菌性能的影响规律。结果表明,表面光滑的PP纤维膜在经过等离子体改性处理后,表面成功负载MgO白色颗粒物。通过光谱观测到等离子体放电,粒子发生碰撞解离产生Ar谱线、OH谱线、O谱线以及Mg发射谱线,证明前驱体在等离子体放电过程中与纤维表面发生反应进而生成MgO。在最优参数下制备的PP-MgO复合纳米纤维抗菌性能显著,7 h对浓度为10^(5)CFU/mL的大肠杆菌杀菌性能达到80%以上。本研究为低熔点多功能纳米纤维的制备提供了一种绿色、经济的新方法。

用于CO_(2)催化加氢In_(2)O_(3)基催化剂的研究进展

人类向大气中排放的大量二氧化碳(CO_(2))造成了一系列环境问题,极大地威胁了人类的生存。CO_(2)催化加氢在众多CO_(2)减排思路中具有独特优势。将CO_(2)与氢气(H_(2))转化为高附加值的下游化学品,既可以减少大气中CO_(2)浓度,又可以生产具有经济价值的商品,具有良好的应用前景。近年来,氧化铟(In_(2)O_(3))催化剂作为一种高效的新型CO_(2)加氢制甲醇的催化剂在学界饱受关注。In_(2)O_(3)表面经过活化后会产生大量氧空位,氧空位周期性产生和湮灭组成的机制抑制了副反应的发生,将CO_(2)高选择性地加氢转化为甲醇。文献中报道In_(2)O_(3)在200~300℃时甲醇选择性接近100%,特别是在高温下仍能维持高甲醇选择性。这种高温下优异的性能使In_(2)O_(3)可被用于与沸石分子筛耦合制备催化CO_(2)加氢直接制烃类化合物的双功能催化剂。In_(2)O_(3)催化剂的缺陷在于其CO_(2)的转化率较低限制了甲醇的产率。学界目前采取了一系列策略对In_(2)O_(3)催化剂进行优化和改进。主要的策略有二:(1)将In_(2)O_(3)负载在其他氧化物载体上;(2)在In_(2)O_(3)体系中引入其他金属元素。将In_(2)O_(3)负载在其他氧化物载体上可以增加In_(2)O_(3)的分散度,增加催化剂中氧空位的含量,增强吸附CO_(2)的能力,稳定关键的表面中间物种。将In_(2)O_(3)负载在ZrO_(2)上是该策略的典型例子,它可以极大地增强催化剂的本征活性。在In_(2)O_(3)体系中引入其他金属元素可以增强H_(2)解离吸附以及H_(2)溢流的能力。文献中已经报道了在In_(2)O_(3)体系中引入Pd、Pt、Cu、Rh、Au、Co、Ni等金属,并取得了良好的效果。本文归纳了In_(2)O_(3)催化剂用于CO_(2)加氢的研究进展,分别对In_(2)O_(3)的结构、In_(2)O_(3)用于CO_(2)加氢的现状、以及新型In_(2)O_(3)基催化剂的设计与改良三个方面对In_(2)O_(3)在CO_(2)加氢中的应用进行综述,并对In_(2)O_(3)基催化剂用于CO_(2)加氢反应的研究思路以及发展前景进行展望,以期为之后In_(2)O_(3)催化体系用于CO_(2)加氢的研究提供思路及参考。

水蒸气和KOH二次活化对活性炭孔隙结构的影响研究

以商业活性炭为原料,采用水蒸气和KOH为活化剂,在不同活化条件下制备二次活化样品。用DFT方程考察活性炭孔径的变化;用FT-IR技术对活性炭表面官能团进行分析表征;采用XRD技术测试活性炭中的乱层结构。结果表明:无论何种活化方式,延长活化时间和提高活化温度,均有利于制备高比表面积且孔径发达的活性炭;化学二次活化较物理活化更易制得高比表面积且孔径发达的活性炭,且两种活化方式制备的活性炭的孔结构存在明显的差异;在适宜的条件下,KOH二次活化制备的活性炭在孔径<4.00 nm的范围内孔结构发达,孔径在4.00 nm~8.00 nm出现明显的分布峰,且石墨化结构破坏严重。

磷酸锆/介孔密胺树脂复合吸附材料的制备及性能研究

将介孔密胺树脂与无定形磷酸锆复合制得一种广谱性复合吸附材料,考察了复合吸附材料对SO_(2)和NH_(3)的吸附性能,采用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、热重分析仪和扫描电子显微镜等对复合吸附材料的结构、形貌、热稳定性进行表征。结果表明:介孔密胺树脂呈网状多孔交联形貌,比表面积为548.81m^(2)/g、孔径为9.25nm;随着磷酸锆含量的增加,复合吸附材料的比表面积下降至103.48~216.03m^(2)/g,孔径缩小50%。与单一吸附材料相比,复合吸附材料对2种有毒气体的吸附能力提高了数倍,推测NH_(3)的吸附位主要是P—OH,而SO_(2)的吸附位是锆元素和氮元素,可满足应急事故处理和防护需要。

煤化工VOCs中苯的静电纺丝纳米纤维吸附研究进展

随着煤化工行业的不断发展壮大,与煤焦化和煤气化等核心煤化工过程相伴的污染物排放问题日益突出,其中挥发性有机化合物(VOCs)对我国空气质量造成了一定影响。作为VOCs的代表之一,苯有毒性且易挥发,严重危害人类健康。为清晰了解煤化工VOCs排放控制技术的优化方向和发展现状,为煤化工VOCs中苯的净化提供理论储备,梳理总结了静电纺丝纳米纤维复合材料用于苯吸附净化过程的相关材料和技术。围绕目前处理苯的主要技术方法进行分析,指出其在实际应用中存在的问题。重点介绍了吸附法的优点、作用方式、常用吸附剂类型和特点等,并指出选择合适的吸附剂是VOCs及苯等污染物吸附处理的核心,如何选择、组合以及提高各类型吸附材料的吸附性能并寻求有效的吸附净化技术是需要不断完善的课题。重点介绍了具有多孔结构、可调控、高比表面积特点的纳米纤维及其在气体净化领域的运用。从纳米纤维制备角度阐述了静电纺丝合成纳米纤维复合材料的基本原理、基本过程和研究现状,结果表明:静电纺丝设备简单、加工成本低、可纺原料种类多、过程可控,在制备纳米纤维技术中占据绝对优势。与常规纤维相比,静电纺丝纳米纤维尺寸更小、比表面积更大、孔隙率更高,能够在气固反应过程中提供更大的有效反应面积,为活性组分均匀有序分布提供丰富的骨架结构。结合静电纺丝纳米纤维材料净化VOCs的应用现状,指出了该领域存在静电纺丝聚合物纳米纤维和碳纳米纤维机械强度不足、纺丝液溶剂具有毒性和腐蚀性以及静电纺丝效率较低等问题。最后,明确了静电纺丝纳米纤维在VOCs和苯吸附净化领域的发展方向:深入理解并有效预测与控制纺丝过程、加强纺丝材料的功能化扩展以及发掘静电纺丝的工业化应用潜力等。

二氧化碳催化加氢研究进展

人类向大气中排放的大量CO_(2)造成一系列环境问题,极大地威胁了人类生存。采用CO_(2)催化加氢方式,将CO_(2)与H_(2)转化为高附加值的下游化学品,既可以减少大气中CO_(2)浓度,又可以生产具有经济价值的商品,具有良好的应用前景。CO_(2)加氢平行反应众多,产物众多,选取4种常见的CO_(2)加氢产物CO、CH_(4)、CH_(3) OH及烃类化合物,对其进行简要综述。

石墨化中间相炭微球作为锂离子电池负极材料性能的研究

研究了石墨化中间相炭微球(MCMB)及其粒径分布对锂离子电池电化学性能的影响。采用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和半电池组装对MCMB进行了物理结构表征和电化学性能测试。结果表明,MCMB均具有良好的表面层状堆积结构和石墨化结构;电极材料的首次充放电容量与MCMB的粒径大小呈正相关性,当MCMB的粒径(d_(50))从6.9μm递增到14.2μm时,负极材料的首次充电容量相应从319.0 mAh/g增加到346.3 mAh/g,首次库伦效率>80%,并表现出优异的循环充放电稳定性;粒径大的MCMB在循环充放电过程中,维持了较高充放电容量,d50为14.2μm的MCMB负极材料经100次循环充放电后,其容量保持为329.0 mAh/g,表现出优异的电化学性能。

活性炭在循环吸-脱附丁烷过程中的脱附效率研究

采用变温吸附(TSA)技术,调查了活性炭复合吸附剂对丁烷在空气净化中的循环吸-脱附行为。通过分析脱附气流中丁烷浓度的变化,计算出单次循环的“净化效率”和“脱附效率”,讨论了脱附温度和时间对吸附剂“脱附效率”和再生程度的影响。研究结果表明,温度是可再生空净系统中影响吸附剂“脱附效率”和可再生性能最重要的可调参数之一。对脱附过程参数的调节应根据实际工况在效率和能耗之间进行优化和平衡。