生物质复合材料吸附水中重金属离子的研究进展

随着现代工业的发展,重金属水污染已成为最重要的环境问题之一,重金属离子毒性强、难降解,在很大程度上对人类、水生动物和植物有害,破坏生态系统。吸附法低成本、去除效率高、可循环利用等优点使其成为废水处理的重要方法之一。生物质材料资源丰富、成本低、绿色环保,以其为新型吸附剂原料被广泛研究。基于此,该文以金属有机骨架、沸石、生物炭类为例,首先综述了生物质复合材料的制备及改性方法,总结了吸附剂的性能对金属离子吸附的影响,其次阐述其与金属离子之间的吸附机理,最后对生物质复合材料在水污染治理发展方面提出展望。

MWCNTs/ZIF-67复合材料的制备及其催化性能研究

通过简便、经济的方法合成了MWCNTs/ZIF-67复合材料,并运用SEM、TEM、XRD、XPS等技术手段对该复合材料进行了表征。为了评估MWCNTs/ZIF-67催化剂的催化活性,在NaBH_(4)存在下进行了对硝基苯酚(4-NP)的还原实验。结果表明,MWCNTs/ZIF-67催化剂具有很好的催化性能,在6min内对4-NP的催化效率高达99.82%,表观速率系数达到0.4973min^(-1)。此外,该材料可以通过磁铁从水溶液中收集,便于回收和再利用。且经过5次循环后,复合材料的催化活性仍很高,表明该复合材料有较好的稳定性,可以作为去除环境污染物的新型催化材料。

碳基复合相变材料的研究进展

相变材料(PCMs)在促进新能源开发和提高能源利用率中起着至关重要的作用,然而,单一有机相变材料的易泄漏、热导率低、光吸收弱等缺陷阻碍了其更广泛的应用和发展。为了解决这些瓶颈问题,提高热能的利用效率,具有优异性能的碳材料被用作载体材料封装相变材料构筑形状稳定、热性能增强的复合相变材料。本文结合相关理论对碳材料强化传热机理进行了探讨,重点综述了有机相变材料在不同类型碳基材料中的研究进展和面临的挑战,介绍了近年来碳基复合相变材料在热管理、能量转换与储存、智能可穿戴纺织品及红外响应材料等领域的应用进展。最后,基于理论、数值、模拟和实验方法的结合,展望了碳基复合相变材料在热能存储、传递、转化方面未来的研究方向及其先进的多功能化应用。

基于氧化铁/生物质碳复合材料的高性能超级电容器研究

为改善碳材料比电容低的问题以及氧化铁(Fe_(2)O_(3))导电性和循环稳定性差的问题,采用氧化铁修饰生物质衍生碳(ATC)表面制备氧化铁/生物质碳(Fe_(2)O_(3)/ATC)复合材料,通过氧化铁和生物质衍生碳的协同效应使复合材料获得更高的比电容和更好的稳定性。利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼(Raman)光谱等技术手段对样品进行了表征。结果表明,制备的复合材料存在一定的孔隙结构,氧化铁纳米粒子被锚定在碳表面。当氧化铁和生物质衍生碳的质量比为1∶1时,制备的复合材料具有最优的电化学性能,在3.0 mol/L氢氧化钾溶液中显示出430.8 F/g(电流密度约为1.0 A/g)的高比电容,电流密度增大20倍时电容保持率大于60%。将其作为负极构建的不对称超级电容器具有较高的电压窗口(0~1.6 V),并且实现了39.1 W·h/kg的高能量密度;同时表现出优异的循环稳定性,在电流密度为10 A/g下循环5000次后拥有111%的电容保持率。

生物模板法制备TNS/C复合材料及其光催化性能研究

以生物质材料玉米杆作为模板和碳源,将钛酸丁酯浸渍于玉米杆中,通过高温煅烧原位制备了的TiO2纳米片/碳(TNS/C)复合材料。生物质在煅烧过程中形成碳骨架并固载了TiO2,使其形成纳米片层结构,形成了TNS/C异质结。以在紫外下对苯酚的去除率和矿化率评价光催化活性,考察了不同煅烧温度和模板用量对TNS/C复合材料光催化性能的影响,结果显示在煅烧温度为700℃,模板用量为0.75 g条件下制备的TNS/C复合材料具有最佳的光催化性能,适量的碳材料有助于提高光生电子空穴的分离效率,进而大幅提高了材料在对苯酚的去除效果和光催化矿化苯酚的能力。

聚吡咯-苯胺改性核桃青皮复合材料及其对布洛芬的吸附性能研究

以核桃青皮为原料,采用原位化学氧化法对其进行改性,制备聚苯胺-聚吡咯改性生物质复合材料(PPMBC)。利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和EDS能谱仪对PPMBC和核桃青皮进行表征分析。研究了PPMBC剂量、接触时间、pH、初始浓度和温度因素对布洛芬(IBU)吸附效果的影响。实验结果显示,在IBU初始浓度为50 mg/L、PPMBC剂量2 g/L、pH=3、温度303 K、反应时间为80 min时,吸附容量达到17 mg/g。吸附动力学拟合结果显示PPMBC对IBU的吸附过程跟伪二级动力学模型相契合,吸附热力学拟合结果显示反应是吸热的,熵增且自发进行的,吸附等温线拟合结果反映出Temkin模型可以更好地拟合反应过程。为含布洛芬废水的处理提供一种绿色高效,经济节约的方式。

纳米纤维素在复合材料领域的研究进展

纳米纤维素,因具有可再生性、可降解性、低密度、高力学性能、高表面积、生物相容性等多种优良的物理化学性质,被广泛应用于复合材料等诸多领域。综述了纳米纤维素的制备方法以及在复合材料方面应用进展,并且对纳米纤维素的未来发展进行了展望。

生物质碳基催化材料的研究进展

生物质是产量丰富、种类繁多、价格低廉、环境友好的优良碳源,以生物质为原料制备碳催化材料无疑是变废为宝,可从根本上解决环境污染和资源浪费等问题。介绍了生物质的种类、组分及结构对生物质碳基催化材料性能的影响,对制备生物质碳基催化材料的两种常见方法热解法和水热碳化法进行了对比,探讨了进一步增强催化剂活性的3种方式:杂原子掺杂、金属离子修饰和官能化,分析总结了生物质碳催化材料面临的挑战。

天然植物纤维复合材料的研究进展

天然植物纤维材料中含有大量的纤维素,是一种可再生的绿色能源,但传统处理方式会引起生态环境严重污染和资源大量浪费.将天然植物纤维加工成高性能复合材料,可以实现资源的高效循环利用.文章对天然植物纤维的现状及结构特点、预处理方法、表面改性以及在复合材料方面的应用作一综述,并探讨其发展前景.

MoS_(2)基复合薄膜真空高温摩擦学性能及其机理研究

采用闭合场非平衡磁控溅射技术分别制备了纯MoS_(2)薄膜以及MoS_(2)-Ti和MoS_(2)-Ti-TiB2复合薄膜,利用真空高温摩擦试验机对比考察三种薄膜在真空环境中25~300℃下的摩擦学性能,通过拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)等分析复合元素对薄膜结构的影响以及摩擦前后薄膜结构的变化,探讨摩擦磨损机理.结果表明:纯MoS_(2)薄膜以(002)和(100)晶面取向生长,结构疏松,硬度低,在真空不同温度下摩擦寿命很短;Ti和TiB2复合后,薄膜呈现致密的非晶结构,硬度升高;MoS_(2)-Ti薄膜在低温下(25和100℃)下具有优异的摩擦学性能,当温度达到200℃以上时,摩擦寿命急剧降低;MoS_(2)-Ti-TiB2复合薄膜在25~300℃全温度范围内都保持低的摩擦系数和磨损率,这与其致密的非晶结构、摩擦界面MoS_(2)(002)晶面有序化以及高硬度耐高温TiB2掺入有关;低温下薄膜以磨粒磨损为主,高温下以擦伤为主.

高熵陶瓷材料的研究进展

高熵合金概念的提出不仅极大地丰富了金属材料体系,同时也打开了传统陶瓷材料的设计枷锁。近些年,随着高熵合金的快速发展,人们逐渐将多主元高熵化的设计思路扩展到陶瓷材料,开发设计出了一系列多主元高熵陶瓷材料。得益于其独特的结构以及与高熵合金相似的“四大效应”,高熵陶瓷材料表现出了一系列优异的力学、热学、摩擦学性能。从制备方法、结构特点和性能出发,主要介绍了高熵氧化物陶瓷、高熵碳化物陶瓷、高熵氮化物陶瓷和其他高熵碳氮化物、硼化物、硅化物、硫化物等的国内外研究进展,对不同体系表现出的性能特点做出分析与总结,最后对高熵陶瓷材料的发展前景进行了展望。

抗菌超疏水功能复合型涂料的研究进展

水性涂料是目前占据市场的主要涂料,然而水性涂料以水为溶剂会导致细菌入侵,从而影响涂料的性能。超疏水表面具有较强的自清洁能力,可以降低细菌粘附强度,但不足以杀死细菌,在超疏水涂料中引入抗菌剂,可以利用二者的协同作用更加有效地抑制细菌的生长和繁殖,这种抗菌超疏水涂料在实际应用中具有重要意义。综述了超疏水涂料、抗菌涂料及抗菌剂的分类,进一步阐明了抗菌超疏水涂料的作用机理,重点介绍了金属基型、季铵盐型和N-卤胺型3种抗菌超疏水涂料,及其在医疗卫生、材料防护和海洋防污等方面的应用。最后,对抗菌超疏水功能复合型涂料的发展前景进行了展望。

环境中的微塑料污染及降解

由于塑料制品的过度使用并且难以进行回收,导致大部分塑料进入自然环境中。在生物和非生物因素共同作用下其理化性质发生变化,对大气、水体、土壤造成严重的微塑料(MPs)污染,甚至对人体产生了一定程度的负面影响。随着环保意识的提高,寻求一种高效绿色的塑料降解方式显得尤为重要。生物降解因绿色环保、无二次污染等优点引起了人们的广泛关注。本文首先概括了大气、水体、土壤中的MPs污染的来源及危害,其次进一步总结了塑料的生物降解与非生物降解与不同类型塑料的酶降解机制,最后,对MPs的生物降解未来的研究方向进行了展望。

MoS_(2)-C异质复合薄膜的真空超滑行为及其机制研究

采用闭合场非平衡磁控溅射技术制备了MoS_(2)-C异质复合薄膜,利用多环境可控摩擦试验机测试了薄膜在真空环境中的摩擦学性能,通过拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段分析了薄膜摩擦前后结构的变化,探讨了超润滑机理.结果表明:复合薄膜呈现致密的“纳米晶/非晶”结构,在真空中具有优异的摩擦学性能,保持了超低摩擦系数(0.006~0.009)和磨损率[1.026×10^(-7)mm^(3)/(N·m)],达到了超润滑状态.摩擦过程中碳选择性转移到钢球表面形成非晶碳转移层,薄膜磨痕表面形成有序的MoS_(2)(002)晶面,摩擦发生在MoS_(2)有序晶体和非晶碳转移膜之间,形成非公度异质接触,降低摩擦系数实现超润滑.钢球/MoS_(2)-Ti、a-C:H/MoS_(2)-Ti摩擦配副在相同条件下的不同摩擦行为,也证明了上述超润滑机理.

可生物降解泡沫材料的研究进展

大量以石化资源为原料的传统有机泡沫材料的使用加剧了此类资源的枯竭,且其废弃物于自然环境中难以降解,严重污染环境。与此相比,可生物降解泡沫具有生物相容性、生物降解性和可再生性,是一种环境友好材料,受到了世界各国的广泛关注。本文对比了挤出发泡、模压发泡和冷冻干燥发泡3种常见可生物降解泡沫材料的发泡工艺及原理、应用及优缺点,介绍了发泡工艺对材料性能及应用的影响,指出利用天然高分子化合物或其他可再生资源模拟天然泡沫的微观化学网络结构制备高性能可生物降解泡沫的工艺具有巨大的发展潜力;综述了天然泡沫、仿生泡沫和生物质泡沫3种泡沫材料的研究现状,重点探讨了草木类、非异氰酸酯类和木质纤维素泡沫材料的研究进展,分析了典型发泡配方及各组分作用,指出绿色介质、提高塑性及配方的进一步开发是未来可生物降解泡沫材料的发展及研究方向。

生物质炭材料的制备与应用研究进展

生物质具有可再生、污染小、分布与来源广等优势,利用生物质资源制备生物质炭材料具有显著的经济效益。生物质炭材料比表面积大、结构稳定,具有高的含碳量和高的阳离子交换量,已成为当下生物质资源综合利用的重要途径。详细阐述了生物质炭材料的制备、改性及其应用,主要介绍了制备生物质炭材料的制备方法,生物质炭材料的改性途径等。目前生物质炭材料主要应用于土壤修复与改良、废水处理、制备催化剂和用作电极材料等方面,通过对生物质炭材料的有效利用将从一定程度上缓解石化能源危机。

化学课程与教学论专业课程思政教学探讨——以化学发展史研究专题课程为例

“大思政”背景下研究生课程思政是落实“立德树人”根本任务的战略举措,是培养高质量创新型人才的重要途径。针对当前化学课程与教学论专业研究生课程思政建设存在的问题,以化学发展史研究专题课程为例,构建化学发展史课程思政元素,基于成果导向教育理念,明确课程思政“三位一体”育人目标体系、设计并实施融入思政的教学过程和教学评价。问卷调查显示,该专业课程思政教育具有启智增慧和价值引领的作用,验证该实施路径和方法的有效性,为研究生专业课程思政教育提供一定的参考。

新型光催化剂磷酸银的研究进展

磷酸银(Ag_(3)PO_(4))光催化剂的量子产率高达90%,在可见光照射下具有极强的光催化活性,但是Ag_(3)PO_(4)存在光腐蚀严重、光生电子和空穴寿命短等缺点,限制了其在生活实际的应用.本文首先介绍了Ag_(3)PO_(4)光催化剂的结构特点、制备方法与反应机理,然后着重评述了通过形貌调控、贵金属沉积、负载、构建半导体异质结等方法改善Ag_(3)PO_(4)的光催化性能以及在降解污染物、光催化制氢、光催化还原CO_(2)中的应用,最后指出目前关于Ag_(3)PO_(4)光催化剂研究中仍存在的不足,对Ag_(3)PO_(4)光催化剂未来的发展趋势进行展望.

Ag_(3)PO_(4)/多孔氮化硼复合材料的制备及可见光催化性能

使用原位沉淀法制备了Ag_(3)PO_(4)/多孔氮化硼(PBN)复合光催化材料。通过XRD、FT-IR、XPS及SEM、TEM等对其结构和形貌进行表征,使用UV-Vis DRS、PL对其光学性能进行分析。结果表明,与单体Ag_(3)PO_(4)相比,Ag_(3)PO_(4)/PBN复合材料的比表面积更大,带隙宽度更窄,空穴电子复合率更低。光催化降解罗丹明B(RhB)实验结果表明,Ag_(3)PO_(4)/PBN复合催化剂在PBN含量为70mg时催化效果最好,在可见光照射10min后,0.03g复合光催化剂对RhB溶液(50mL,30mg/L)降解率达到99.6%;5次重复实验后,催化剂的催化性能几乎没有发生变化,表明Ag_(3)PO_(4)/PBN复合催化剂具有优良的降解性能。

市政污泥生物炭在废水吸附处理中的应用

随着经济全球化的飞速发展,城市污水处理中排放的污泥量日益增加,预计到2025年中国市政污泥年产量将>9.0×107 t。市政污泥中含有的病原微生物、有机物及重金属,会对环境和人体健康造成严重危害。污泥衍生的生物炭材料因其较大的比表面积、优良的孔结构以及丰富的含氧基团,被广泛应用于废水吸附处理领域,实现了固体废物再利用和去除污染的双重目的,做到以废治废,达到生态与发展的双赢。该文总结了市政污泥生物炭的制备及改性方法,介绍了吸附的影响因素,综述了市政污泥生物炭在吸附重金属、染料、无机盐、抗生素、酚类中的应用及其吸附机理;最后,指出了未来污泥生物炭的发展方向和需攻克的难题,应努力形成绿色低碳的资源化处理体系。