N,Cd-TiO_2光催化活性的实验与理论研究

采用热分解法制备了N,Cd共掺杂纳米TiO2光催化剂,通过XRD、XPS和UV-DRS等对样品进行了分析表征,并以甲基橙为目标降解物考察了其光催化性能。实验表明产物N,Cd-TiO2为锐钛矿型,颗粒约为10～15 nm,N取代了TiO2晶格中的O原子,而Cd以游离态分布在TiO2表面;其光吸收发生明显红移;光催化活性提高,N、Cd在提高TiO2的光催化活性方面具有协同作用。采用第一性原理方法,对其电子结构和光学性质进行了理论计算。结果发现在N,Cd-TiO2的带隙中出现了N2p和Cd5s的杂质能级,价带的电子可以吸收较小的能量跃迁到杂质能级上,接着二次激发跃迁到导带上,电子跃迁变得容易,吸收波长向可见光区移动。计算结果很好地解释了实验现象。

表面富集的超小铂纳米颗粒耦合缺陷磷化钴用于高效的电催化水分解和柔性锌空气电池

开发多功能的纳米电催化剂可以提高单位催化剂表面活性密度.本课题组采用热解和还原工艺制备了具有多功能电催化性能的超小铂纳米颗粒耦合缺陷CoP的纳米材料(Pt/d-CoP/NPC),它具有较高的氧还原反应(ORR)半波电位(0.82 V).所合成的Pt/d-CoP/NPC电催化剂具有良好的电催化析氢反应活性,当反应活性达到10 mA cm^(-2)时,过电位分别为33 mV@1mol/L KOH, 10 mV@0.5 mol/L H_(2)SO_(4)和70 mV@1 mol/L PBS.Pt/d-CoP/NPC催化剂还表现出较好的析氧反应活性.以合成的催化剂Pt/d-CoP/NPC作为电极组装的全解水装置和可充电锌空气电池具有良好的活性和稳定性,可以持续有效地驱动全解水产氢,在存储可再生能源方面的具有较好的应用潜力.采用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱测试和傅里叶红外光谱测试(FTIR)等技术研究了Pt颗粒与CoP之间的相互作用,并利用密度泛函理论(DFT)计算研究了催化剂的ORR反应机制.Pt/d-CoP/NPC在129.3 (2p_(3/2))和130.1 eV (2p_(1/2))处的P 2p轨道观察到P-M键,证实了金属磷化物的存在.Pt/d-CoP/NPC的Co结合能相对于d-CoP/NPC的结合能发生了正移,表明Pt与CoP之间存在电子相互作用.由于Co和Pt的电负性差异,Pt/d-CoP/NPC中Pt的峰值与商用Pt/C相比呈负移,说明电子从Co向Pt转移.XPS也证实了碳的存在.此外,拉曼光谱也出现了碳的特征峰D峰和G峰.并且Pt/d-CoP/NPC和d-CoP/NPC的ID/IG值相似,说明Pt的引入不会影响碳基体的结构.在N 1s光谱中,检测到N-P和吡啶氮的存在,证实在Pt/d-CoP/NPC和d-CoP/NPC中形成了N, P掺杂的碳.此外, Pt/d-CoP/NPC的FTIR谱出现对应于P-O, N-P, C-C, C-H和O-H的峰,也证明了氮磷共掺杂碳的存在.通过DFT计算进一步分析Pt/d-CoP/NPC电催化剂具有良好ORR活性的原因.结果表明,电荷从CoP转移到Pt,有利于活性氧分子的活化,促进催化过程.对比不同模型ORR过程中间体的自由能图, Pt/d-CoP/NPC和Pt/C的速率决定步骤为O_(2)生成OOH^(*),合成的Pt/d-CoP/NPC具有有利的热力学过电位,证明了其高效的ORR性能.此外, Pt/d-CoP/NPC中Pt的d带中心相对于纯Pt有明显的正向费米能级转移,说明引入的CoP可以导致离域电子重分布,从而优化了反应中间体的吸附.综上,Pt/d-CoP/NPC催化剂中Pt与CoP之间存在相互作用,进而提高催化活性,该催化剂的合成有望为开发多功能电催化纳米材料提供参考.

PNIPAAm/CMC半互穿网络水凝胶的合成及性质

以N-马来酰化壳聚糖为交联剂,N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)为单体,羧甲基纤维素钠(CMC)为半互穿材料,在水溶液中通过自由基聚合制备了PNIPAAm/CMC半互穿网络水凝胶。所合成的水凝胶的低临界溶解温度(LCST)在33℃左右,CMC的加入对水凝胶的LCST无显著影响,但随着CMC用量的增加,水凝胶的温度敏感性会逐渐减弱。25℃时水凝胶的溶胀速率和饱和溶胀度均随CMC用量增大而增大。溶胀介质的离子强度对水凝胶的溶胀性能有显著影响,在浓度高于0.05 g/mL(离子强度0.854 mol/L)的NaCl溶液中水凝胶的饱和溶胀度明显下降。

氢化度与丙烯腈含量对HNBR硫化胶性能的影响

研究了氢化度和丙烯腈含量对氢化丁腈橡胶(HNBR)硫化特性、力学性能、热老化性能以及热性能的影响。利用核磁共振(NMR)考察了不同型号HNBR橡胶的交联性能;并采用凝胶色谱法(GPC)对生胶的分子量和分子量分布进行了测定,给出了橡胶门尼黏度与其分子量和分子量分布之间的关系。结果表明,随着氢化度与丙烯腈含量的增加,Tg升高;硫化胶的交联密度随着不饱和度和丙烯腈含量的增加而增加;氢化度升高,硫化胶的拉伸强度变化不大,扯断伸长率和撕裂强度降低,100%定伸增加;丙烯腈含量升高,硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和100%定伸提高,扯断伸长率变化不大。

正渗透水处理关键技术研究进展

正渗透是一种新型的膜分离技术,其分离的驱动力来源于原料液和汲取液之间自然存在的渗透压差,近年来正渗透技术已在国际上得到广泛关注。简述了基于此技术的正渗透水处理过程的基本原理,指出了这种新型水处理过程的关键技术——正渗透膜和汲取液,根据各自的技术特点对其进行分类概述,并从实验室基础研究和技术的商业化进程两方面介绍了这两项关键技术取得的最新研究进展。从水通量角度对不同体系进行了简单比较,分析了各材料和方法的优缺点,并对它们的应用前景进行了展望。

绿色环保型聚天冬氨酸阻垢剂合成与阻垢性能

以马来酸酐(MA)与氨水为原料热缩聚法合成聚天冬氨酸阻垢剂,分别考察了原料配比、热缩聚温度和热缩聚时间对产物的阻垢性能的影响,得到最佳合成条件:n(MA)∶n(NH3)为1∶2.0,热缩聚温度240℃,热缩聚时间3 h。当实验水中Ca2+质量浓度为240 mg/L时,聚天冬氨酸阻垢剂的阻垢率达到72%,适用于低矿化度的工业循环冷却水和油田回注水。同时使用L-天冬氨酸对聚合物开环改性,其阻垢率可达到87%。

硬段微区结构与聚氨酯脲弹性体力学性能及耐热性的相关性

以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为软段,甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、混合异氰酸酯(n(TDI)∶n(MDI)=1∶1)分别为硬段,采用预聚体法合成了一系列不同硬段微区结构的聚氨酯脲弹性体,并通过红外光谱、热重分析、差示扫描量热以及力学表征等方法,研究了不同硬段微区结构与聚氨酯脲(PUU)体系内部微相分离、热稳定性及力学性能的相关性。结果表明,TDI型聚氨酯脲的NH官能团伸缩振动谱带出现在较低位置(3270cm^(-1)),MDI型NH官能团伸缩振动谱带出现在相对较高的位置(3285cm^(-1)),前者的T_g(-57.6℃)低于后者T_g(-49.5℃),而初始降解温度前者(294℃)高于后者(268℃),混合型的均位于两者之间。因此,TDI型PUU表现出较高的微相分离程度和硬段微区有序度,而MDI型微相混合程度较高、且微相混合程度有助于力学性能的改善。随着温度的升高,PUU内部氢键化NH官能团伸缩振动吸收强度逐渐减弱,谱带吸收位置由低波数向高波数移动,力学性能逐渐下降,当温度处于70℃左右时,其波数出现轻微的突越,力学性能也表现出较快的下降趋势。

催化制备烷基化汽油的研究进展

在酸催化下将异丁烷和丁烯进行烷基化反应是制备高辛烷值烷基化汽油的重要途径。介绍了传统无机酸催化烷基化工艺;综述了近年来催化制备高辛烷值烷基化汽油的研究进展,包括离子液体和固体酸催化剂,重点分析了酸性离子液体在催化制备高辛烷值烷基化汽油中的应用,评价了不同催化剂的优缺点;对未来用于制备高辛烷值烷基化汽油的催化剂进行了展望。

钛酸四丁酯催化制备聚碳酸(1,6-己二醇)酯二醇

以碳酸二乙酯(DEC)和1,6-己二醇(HDO)为原料,钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)为催化剂,经常压蒸馏和减压缩聚两阶段,酯交换反应制备了分子量2000g/mol的聚碳酸(1,6-己二醇)酯二醇(PCDL)。研究了不同催化剂、减压反应温度、减压时间对聚合过程的影响,优化出最佳合成工艺。实验结果表明,Ti(OBu)4用量为0.05%(占碳酸二乙酯(DEC)的质量分数)时,表现出最好的催化效果;升高减压温度能够有效提高反应速度;调整减压反应时间长短可有效控制PCDL的分子量及分布系数。用红外光谱(FT-IR)、核磁共振(1H-NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热(DSC)等分析表征了合成产物,并提出了Ti(OBu)4的催化机理。

吸油膨胀橡胶的制备与性能研究

以甲基丙烯酸十二酯(LMA)、甲基丙烯酸丁酯(BMA)为单体,采用悬浮聚合法合成高吸油树脂[P(LMA-g-BMA)]。采用LMA单体或P(LMA-g-BMA)为改性剂,以三元乙丙橡胶为基体制备吸油膨胀橡胶,并对其性能进行研究。结果表明:与采用吸油树脂为改性剂的吸油膨胀橡胶相比,采用LMA单体为改性剂的吸油膨胀橡胶吸油率较高,且当其用量为30份时,吸油膨胀橡胶的吸油率较高。与采用LMA单体为改性剂的吸油膨胀橡胶相比,采用吸油树脂为改性剂的吸油膨胀橡胶物理性能较优;当LMA与BMA质量比为1∶2,吸油树脂用量为20份时,吸油膨胀橡胶的物理性能降幅最小。

耐盐型吸水膨胀丁腈橡胶的制备与性能

以丁腈橡胶为基胶、聚丙烯酸钠为吸水树脂(SAP)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2 Na)为金属离子封闭剂,与聚乙二醇和二苯基甲烷二异氰酸酯混合物共混制得耐盐型吸水膨胀橡胶(WSR),分别考察了聚氨酯(PU)生成量、EDTA-2 Na和聚丙烯酸钠用量对WSR物理机械性能及矿化度水中吸水膨胀性能的影响。结果表明,随着PU生成量的增加,WSR的拉伸强度降低,扯断伸长率增加,邵尔A硬度增大,吸水膨胀性能先提高后下降,PU最佳生成量为15份;随着EDTA-2 Na或SAP用量的增加,WSR的拉伸强度降低,最大质量吸水率增大,EDTA-2 Na和SAP最佳用量分别为15份和70份。

有机胺催化制备聚碳酸酯二元醇

以碳酸二甲酯(DMC)和1,4-丁二醇(BDO)为原料,在三乙胺等有机胺类催化剂催化下,酯交换制备出聚碳酸酯二元醇(PCDL)。采用核磁共振和红外光谱等分析手段鉴定产物的结构;凝胶渗透色谱分析减压时间对PCDL分子量分布的影响。详细研究了原料摩尔比(DMC/BDO)、催化剂用量、减压时间等因素对反应过程的影响,优化了PCDL的合成工艺参数。实验结果表明,当DMC/BDO的摩尔比为1.2～1.25,催化剂用量占BDO的质量分数为0.5%,采用阶段控温方式制备出数均分子量在1600g/mol左右的PCDL。

Ag/ZnO纳米复合抗菌剂解团聚工艺及机制

采用沉降实验、激光粒度分布、透射电镜等手段,研究PVPK17对Ag/ZnO纳米复合抗菌剂的解团聚的影响及机制,同时采用最小抑菌浓度对解团聚前后的抗菌性能进行表征。结果表明:经PVPK17解团聚后的Ag/ZnO纳米复合抗菌剂可在异丙醇中稳定悬浮6d以上,分散后的Ag/ZnO纳米复合抗菌剂的平均粒度可达51.3nm,当加入PVPK17的质量百分数为40%时达到最佳分散效果。用透射电镜观测表明,解团聚的Ag/ZnO纳米复合抗菌剂分散较好,在此基础上建立了PVPk17对Ag/ZnO纳米复合抗菌剂的解团聚模型。抗菌实验表明,分散后的Ag/ZnO纳米复合抗菌剂的MIC可达50mg/L,抗菌性能良好。

端羟基液体丁腈橡胶增塑氢化丁腈橡胶的性能

利用核磁共振仪、差示扫描量热仪、热重分析仪和材料拉伸试验机等研究了端羟基液体丁腈橡胶增塑氢化丁腈橡胶的结构与性能,并与增塑剂TP-95、TP-90 B及TP-759的增塑效果进行了对比。结果表明,端羟基液体丁腈橡胶增塑氢化丁腈橡胶后,一方面起到了与TP-95、TP-90 B和TP-759类似的增塑作用,如降低了混炼胶的门尼黏度;另一方面作为一种反应性增塑剂,在体系中自由基的引发下其结构双键与氢化丁腈橡胶分子主链发生了邻接交联反应,使硫化胶的交联密度、拉伸强度、100%定伸应力和硬度都增大,耐热性能提高,而玻璃化转变温度没有变化。端羟基液体丁腈橡胶用量为3份(质量)时其所增塑氢化丁腈橡胶的拉伸强度高达41.7 MPa,且具有较低的门尼黏度和较好的热老化性能。

甲基丙烯酸锌/炭黑增强氢化丁腈橡胶的性能

分别以炭黑、甲基丙烯酸锌(ZDMA)及两者并用为增强剂填充氢化丁腈橡胶(HNBR),研究了HNBR混炼胶的硫化特征,考察了增强剂种类、炭黑与ZDMA并用比、温度对HNBR硫化胶物理机械性能的影响,并评价了用ZDMA/炭黑增强HNBR制得的封隔器胶筒的高温高压密封性能。结果表明,相比炭黑,ZDMA增强HNBR混炼胶的焦烧时间和正硫化时间均大幅度缩短,最大转矩大幅度提高;常温下炭黑的粒径越小,其填充HNBR硫化胶的物理机械性能越好,但劣于ZDMA填充HNBR硫化胶,ZDMA/炭黑填充HNBR硫化胶的拉伸强度比纯ZDMA填充HNBR硫化胶低,但同时永久变形也降低;在高温下,ZDMA/炭黑增强HNBR硫化胶的拉伸强度和撕裂强度具有较高的保持率,且随着温度的升高,降低速率低于纯ZDMA增强HNBR硫化胶,但前者的扯断伸长率高于后者,而永久变形小于后者;ZDMA/炭黑增强HNBR硫化胶具有优异的耐热空气老化性能,且以其制得的封隔器胶筒能够在180℃、30 MPa的压差下保持较好的密封效果。

聚碳酸酯二醇／蓖麻油基聚氨酯(脲)弹性体的制备及性能

以蓖麻油和聚碳酸酯二醇(PCDL)为共混软段,分别以1,4-丁二醇(BDO)和3,5-二甲硫基-2,4-二胺基甲苯(DMTDA)为扩链剂,用预聚体法合成出一系列聚氨酯(PU)和聚氨酯脲(PUU)弹性体,考察了异氰酸基(NCO)含量和PCDL用量对弹性体力学性能的影响,并对弹性体的热性能进行了分析。结果表明,随着预聚体中NCO含量的增加,PU、PUU弹性体的硬度和强度逐渐上升,当NCO质量分数为8%时,弹性体的拉伸强度最高,而扯断伸长率呈单调下降趋势;随着PCDL用量的增加,弹性体的拉伸强度先升高后下降,扯断伸长率和永久变形逐渐增加;用DMTDA为扩链剂制备的PUU比用BDO制备的PU具有更高的拉伸强度和撕裂强度;PCDL/蓖麻油基PUU的耐热性能优于纯蓖麻油基PUU,PUU的耐热性优于PU。

用以合成高剥离型天然橡胶复合材料有机蒙脱土的制备及应用

合成出一种端羟基阳离子水性聚氨酯树脂,采用超声波助混技术将其插层到蒙脱土中,通过阳离子交换制备出含有端羟基高剥离度的有机蒙脱土(HOMMT),并将HOMMT应用到天然橡胶(NR)复合材料中,研究其对天然橡胶复合材料力学性能的影响。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、广角X射线衍射(XRD)、热失重分析(TGA)、透射电镜等检测手段分别对HOMMT结构性能进行分析表征,并用材料拉伸机、阿克隆磨耗机测试HOMMT/天然橡胶复合材料的力学性能。XRD结果表明,改性后的蒙脱土层间距由原来的1.21 nm增加到6.29 nm。FT-IR和TGA表明端羟基阳离子水性聚氨酯树脂大分子链插层于蒙脱土层间。加入剥离型有机蒙脱土后,由于层状硅酸盐纳米粒子的存在,NR复合材料的力学性能得到提高,耐磨性提高约14%。

氢氧化甲基丙烯酸锌/炭黑协同增强氢化丁腈橡胶硫化过程中的形态演变及性能

以氢氧化甲基丙烯酸锌(HZMMA)和炭黑N774为混合补强剂,制备出HZMMA/N774增强的氢化丁腈橡胶(HNBR)复合材料。采用差示扫描量热(DSC)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)研究了复合材料硫化过程中的形态结构演变及力学性能的变化。结果表明,在硫化剂过氧化二异丙苯(DCP)作用下,HZMMA的不饱和双键的伸缩振动吸收峰和晶体的特征衍射峰迅速消失。随着硫化时间的延长,橡胶复合材料的拉伸强度和100%定伸强度小幅增大,撕裂强度和扯断伸长率逐渐减小。经过二段硫化,其100%定伸强度戏剧性增加,拉伸强度和硬度进一步增加,断裂伸长率和撕裂强度下降。

流动注射化学发光同时检测甲胎蛋白和癌胚抗原

将包被有单克隆抗体的两个透明微型检测池串联在流动注射分析装置上,利用移动式微型检测池建立了一种能同时检测甲胎蛋白和癌胚抗原的流动注射化学发光免疫分析方法,为提高分析效率提供了一种有效途径。样品抗原和辣根过氧化物酶标记的相应抗体分别导入微管进行孵育,形成三明治式免疫夹心结构。在注入鲁米诺和H2O2后,两微型检测池中分别形成较稳定的酶催化化学发光体系。通过切换检测池,使两个透明微型检测池中发生的酶促增强化学发光反应相继得到检测,从而实现两种待测物的同时检测。考察了一系列影响化学发光检测的参数,如免疫反应时间、鲁米诺和H2O2的浓度及反应介质的pH值。在最佳实验条件下,甲胎蛋白和癌胚抗原的检测线性范围分别为1.25～50.00μg/L和1.25～40.00μg/L,检出限分别为1.06和1.00μg/L。对人血清实际样品进行了检测,取得了满意的结果。

正渗透—纳滤耦合处理苦咸水脱盐工艺

以2 000 mg/L氯化钠模拟苦咸水,采用二价无机盐作为汲取液,研究了正渗透淡化苦咸水时的水通量;通过软件计算和试验研究了不同组成汲取液的纳滤性能,并且设计了二级纳滤系统用于汲取液的回收。结果表明:相同浓度时硫酸镁汲取液正渗透水通量最低,而氯化镁汲取液水通量最高;相反在纳滤过程中,硫酸镁汲取液性能最佳,氯化镁最差;稀释硫酸钠汲取液浓度为30 g/L时,二级纳滤过程可以将汲取液浓缩至初始浓度(60 g/L),并制得浓度低于500 mg/L的产水。