关键词： 白果壳   遗态结构   铁改性   As(Ⅴ)   吸附  

摘要： 以白果壳为结构模板,通过铁改性制备获取一种白果壳遗态结构Fe;2;O;3;/Fe;3;O;4;/C复合材料（Fe/C-G）为吸附剂,系统探讨了Fe/C-G对水中As（Ⅴ）的吸附特征和机制。结果表明,改性后的Fe/C-G吸附剂活性官能团和吸附位点显著增加;pH值为3时,Fe/C-G吸附剂对As（Ⅴ）的吸附效果最佳;投加量为0.2g时,在保证去除率的同时也使吸附剂用量最优化;较高的初始浓度不利于Fe/C-G吸附As（Ⅴ）。Fe/C-G吸附As（Ⅴ）的过程存在多个控速的步骤;吸附过程以化学吸附为主,物理吸附为辅,升高温度对吸附有益,吸附过程是自发、熵增的吸热反应过程,反应热值为15.653kJ/mol;XPS对吸附前后材料表征分析结果可知,Fe/C-G对As（Ⅴ）的吸附过程中还原作用占主导地位。

关键词： 毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料   吸附剂   铬(Ⅵ)  

摘要： 以毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料为吸附剂,研究铬(Ⅵ)不同的初始浓度、溶液初始pH不同、吸附剂不同的投加量、不同粒径的条件下对吸附效果的影响。结果表明:Cr(Ⅵ)溶液初始p H对吸附效果的影响最为显著,其次是吸附剂用量。温度、振荡时间、投加量等因素对Cr(Ⅵ)吸附作用影响不大。优化工艺的组合为:Cr(Ⅵ)浓度为10 mg/L,溶液初始pH=1,温度为45℃,吸附剂粒径小于100目,吸附剂用量为0.5 mg/50 mL,吸附时间为5 h。

关键词： 植物遗态复合材料   动态解吸附   Cr(Ⅵ)   解吸特征  

摘要： 以平衡吸附Cr(Ⅵ)后的桉树遗态Fe/C复合材料(PBGC-Fe/C)为研究对象,选用解吸液类型、浓度、流速和温度为影响因素,重点探讨了PBGC-Fe/C对水中Cr(Ⅵ)的具体解吸附特征、机制及材料的优越性。研究结果表明:5种常见解吸液(HCl、NaCl、NaOH、NaHCO_3和H_2O)均难以在短期内将吸附平衡Cr(Ⅵ)的PBGC-Fe/C进行完全解吸附处理,其中NaCl、H_2O和HCl解吸液对Cr(Ⅵ)的解吸率只有1%左右,表明在中性和酸性条件下已被吸附在材料表面的Cr(Ⅵ)难以被溶出;选用NaOH作为解吸液进行动态解吸研究,在解吸液浓度为1 mol·L^(-1),流速5.14 mL·min^(-1),温度35℃条件下,105 min完成解吸,解吸率高达97.25%;平衡吸附Cr(Ⅵ)后的PBGC-Fe/C表面存在的CrO2-4与OH-的离子交换作用为主要解吸机制,同时伴随着物理作用和静电作用。

关键词： 桉树遗态结构HAP/C复合材料   表征   吸附   重金属  

摘要： 以桉树为植物模板,循环浸渍在磷酸氢二铵和氢氧化钠溶液中,得到一种新型的桉树遗态结构羟基磷灰石/碳(HAP/C)复合材料。通过X射线衍射仪、红外光谱和扫描电镜等手段对所制备的复合材料进行表征。结果表明:桉树遗态钙羟基磷灰石/碳复合材料(PBGC-HAP/C-E)主要由HAP和C组成,复合材料很好保留了桉树天然多孔分级的遗态特征,比表面积为159.8m^2/g。考察了所制备复合材料对典型重金属离子的吸附能力,研究发现其吸附能力优于市售活性炭,为水环境重金属污染处理提供了一种新材料。

关键词： 多孔遗态Fe/C复合材料   桉树模板   Cr(Ⅵ)   动态吸附   影响因素  

摘要： 为研究桉树遗态Fe/C复合材料(PBGC-Fe/C)对水中Cr(Ⅵ)的净化能力及其动态吸附过程,以PBGC-Fe/C吸附剂为固定床,选择溶液初始p H、进水流速、溶液初始浓度、吸附剂投加量和环境温度为影响因素开展动态吸附试验分析.结果表明:在溶液初始p H为2,进水流速为5.14 m L/min,吸附剂投加量为2 g和环境温度为35℃的条件下,PBGC-Fe/C对水中Cr(Ⅵ)的最佳平衡吸附容量达到10.72 mg/g;提高溶液初始p H、进水流速和溶液初始质量浓度或降低吸附剂投加量均可缩短反应穿透时间和衰竭时间;Thomas和Yoon-Nelson模型均能较好地描述PBGC-Fe/C对水中Cr(Ⅵ)的动态吸附过程,说明该吸附过程中内部扩散和外部扩散均为非限速步骤,吸附速率常数(kTh)随着进水流速的增大从1.3×10-3m L/(min·mg)升至2.6×10-3m L/(min·mg),随着溶液初始质量浓度的增大从2.7×10-3m L/(min·mg)降至1.4×10-3m L/(min·mg).研究显示,PBGC-Fe/C对水中Cr(Ⅵ)具有较好的动态吸附能力,具有较好的市场应用前景.

关键词： 桉树遗态钙羟基磷石复合材料   HAP/C   Pb   热力学   动力学  

摘要： 用饱和Ca(OH)_2和浓度为0.02 mol/L的磷酸氢二铵溶液对桉树块进行改性获取新材料桉树遗态钙羟基磷灰石(HAP/C)复合材料,用于吸附水中的Pb^(2+),研究温度和时间对吸附的影响,并通过经典模型拟合,材料吸附前后的EDS、XRD和FT-IR表征探讨其吸附机理。结果表明,吸附更符合Langmuir等温模型拟合(R^2>0.99);吸附动力学特征很好地遵循准二级动力学模型(R^2=1);吸附剂中的磷灰石与Pb^(2+)发生了离子交换、表面吸附、溶解-沉淀作用,Pb^(2+)被固定在磷灰石中。

关键词： 桉树遗态Fe/C复合材料   动态吸附   P(V)   Thomas模型   Yoon-Nelson模型  

摘要： 以桉树遗态Fe/C复合材料为吸附剂,溶液初始p H值、吸附剂粒径、流速、含P(V)模拟废水初始浓度、吸附剂投加量和温度为影响因素,开展了对P(V)的动态吸附行为研究。研究表明,吸附剂粒径(2040mesh到>100mesh)和吸附剂投加量(14g)越大、流速(3.4315.41m L/min)和初始浓度(530mg/L)越小,桉树遗态Fe/C复合材料对目标污染物的吸附效果越好;溶液的p H值为3时吸附效果最佳;温度对吸附效果的影响不大。桉树遗态Fe/C复合材料吸附初始浓度为10mg/L的P(V)溶液所得到的平衡吸附量为6.61mg/g。Thomas模型和Yoon-Nelson模型均能很好地描述桉树遗态Fe/C复合材料对P(V)的动态吸附行为,获得的拟合值和实验值基本吻合。

关键词： 苎麻织物   遗态陶瓷   SiC   Al2O3   快速无压浸渗   Cu基复合材料  

摘要： 陶瓷/金属基复合材料集成了硬度、模量、强度、导热、导电、耐高温及耐磨性能等各方面的优势,从而在汽车、高速列车、轨道交通、航空航天、子弹防护材料、核电工程及电子封装等领域表现出潜在的应用价值。在自然界生物材料精细结构的启发下,研究开发出新型的具有天然生物结构陶瓷/金属基复合材料,通过增强金属相与陶瓷相之间的协同作用、耦合效应及多功能响应机制,提高金属基复合材料的强度和刚度,并降低其塑韧性和损伤容限,解决传统金属基复合材料增强效率低等问题成为新的研究热点,尤其是将构型设计与具有天然纤维结构的陶瓷结合作为增强体更具优势。为此从人为重构模板结构,开发构型增强金属基复合材料为目标,基于苎麻纤维“遗态结构可调‖和―网状织构可控‖思想,采用纺织技术制备苎麻织物骨架,分别通过模板原位转化法和模板替代法制备苎麻织物遗态SiC及苎麻织物遗态AlO陶瓷。并以制备的遗态陶瓷为增强体,通过控制浸渗气氛、金属体积分数、浸渗温度、浸渗时间及冷却方式等工艺参数,无压浸渗Cu制备遗态陶瓷/金属基复合材料。采用SEM、XRD、TEM、EDS、TG、比表面仪等测试分析方法,对苎麻织物遗态陶瓷进行相成分、显微结构、比表面积、孔径分布等进行研究,探讨遗态转化反应机理;同时对无压浸渗制备的苎麻织物遗态陶瓷/Cu基复合材料进行物相组成及微观组织研究,揭示Cu在氧元素辅助下的无压浸渗机理,以期为制备高性能的陶瓷/金属基复合材料奠定基础。主要研究内容及成果如下:通过纺织技术和模板原位转化法制备苎麻织物遗态SiC陶瓷,研究遗态转化工艺参数对其显微结构及物理性能的影响规律,并探讨薄壁模板的遗态转化机理。结果表明制备的遗态陶瓷保持了织物的宏观结构并复制了苎麻的微观管状结构,织物空隙、苎麻管状及颗粒孔隙的分级孔隙结构赋予遗态陶瓷高孔隙率和低密度属性;其遗态转化机理是碳在硅熔体溶解反应生成SiC的固-液-固(SLS)机制,最终颗粒尺寸及形核长大与液硅含量及模板的壁厚相关。对遗态转化工艺参数研究说明通过控制烧结温度、保温时间及C/Si质量比等遗态转化工艺参数可降低复合前驱体的体积收缩率,最大程度减少模板的重排过程,从而抑制热解过程中复合前驱体的开裂和翘曲,并能调控苎麻织物遗态SiC陶瓷的显微结构、遗态转化机理、电阻率及弯曲强度。结合纺织技术和模板替代法制备苎麻织物遗态AlO陶瓷,研究组织结构转变规律,提出无机聚合物浸渍转化机理。制备的苎麻织物遗态AlO陶瓷具有高孔隙率(76.5-78.8%)、低热导率(0.070-0.087 W·m·K)及稳定的介电性能;该模板替代遗态转变过程包括无机聚合物在苎麻纤维上的吸附、网络化、有机体氧化挥发及聚铝化合物的分解、遗态结构的收缩、AlO相变及长大等;其中浸渍无机聚合物中的铝含量影响遗态陶瓷的形貌、颗粒尺寸、孔隙结构和显气孔率、比表面积、孔径分布及热导率等性能。无压浸渗制备苎麻织物遗态AlO陶瓷/Cu基复合材料,研究其显微组织结构及Cu合金快速无压浸渗分级多孔遗态陶瓷的浸渗工艺参数,揭示氧含量、浸渗温度、浸渗时间、冷却方式等无压浸渗工艺参数对增强体结构完整性、复合材料的致密化程度及理化性能的影响规律;探讨了不同工参数作用下苎麻织物遗态AlO陶瓷/Cu基复合材料结构重组、组织转变及性能变化。结果发现氧含量决定金属Cu的浸渗速度,浸渗温度及浸渗时间影响浸渗速率、致密化程度和组织结构,而冷却速度决定复合材料的组织结构及增强体分布状态;对苎麻织物遗态AlO/Cu基复合材料的性能测试发现硬度表现出分区特性,快速冷却、高浸渗温度及长浸渗时间可以提高复合材料的硬度,其主要断裂方式为沿晶断裂,而机械结合的弱界面及孔隙缺陷导致较低的弯曲强度,并受Cu体积分数和浸渗时间影响。研究Cu-O-Al体系的反应热力学和动力学,揭示氧元素作用机理及浸渗机理。Cu-O-Al化学反应热力学计算表明氧元素通过吸附扩散降低铜熔体黏度,增强熔体的流动能力,同时参与Cu与AlO之间的化学反应改善两相润湿性,降低毛细润湿力,提高其渗透能力。采用Cu-O-Al反应浸渗体系的修正模型估算氧元素辅助下金属Cu无压浸渗速率,其实验值与理论值的不一致说明毛细润湿浸渗并非金属浸渗非均匀分布孔隙结构增强体的唯一方式。最后提出氧元素辅助下金属Cu的快速浸渗模型,浸渗过程包括氧化润湿阶段、熔体填充、快速浸渗阶段和结构重组阶段。快速浸渗过程中Cu-O熔体以渗流方式填充大孔隙,以毛细浸渗方式渗入小孔隙,其中孔隙临界尺寸为6γ/πρ,随后的闭孔结构或小孔隙-大孔隙结构,均以毛细润湿方式渗入,渗入速率受毛细润湿孔隙的尺寸决定。

关键词： 遗态   多孔结构   SiC   C/Ni复合物   吸波性能  

摘要： 电磁干扰能够影响大型设备的使用寿命,精密仪器的准确运行。以及降低生物免疫力,引起基因突变和诱发癌症等疾病,对健康造成了严重的威胁。为解决以上电磁污染问题,需要研发和应用高性能的吸波材料。遗态多孔材料以其独特的结构和性能性已经受到了研究者的广泛青睐。遗态多孔结构同样具有研究潜力用于吸波材料,且目前只有少量报道。制备具有多孔结构的轻质、高性能吸波材料能够解决以往吸波材料密度大、制备过程复杂、成本高、有效吸波频段窄等问题。首先以生物质苹果为研究对象,通过化学气相沉积法制备了苹果遗态的多孔Si C材料。选取具有多孔结构的生物质为模板和碳源,通过调控工艺改变和组装所需的材质组分,制备出既具有生物质材料固有的多孔结构,又有人为赋予特性组分的高性能吸波材料。制备的多孔Si C材料具有与苹果相同的蜂窝状、相互连通的多孔结构。研究了多孔Si C的生长过程和影响因素,分析了通过调控化学环境,体系中第二元Si C原位自生的生长过程。利用热力学和动力学模拟以及理论计算,研究了原子尺度下的传质过程,验证了提出的生长机制的正确性。反应物Si:C质量比为6:1时制备的具有堆垛层错结构的双元Si C材料具有明显优于其他一元Si C材料的吸波性能。多孔Si C（Si:C=6:1）的最大反射损耗值为48.8 d B,有效吸波频段（RL＞10 d B）为14-18 GHz。吸波性能的增强归因于一元Si C通过固有偶极子取向极化吸收电磁波,而堆垛层错结构的双元Si C在外加电磁场作用下产生了可损耗电磁波的电子极化和界面极化,增强吸波性能。通过对比波导试样与同轴试样的吸波性能,研究发现苹果遗态相互连通的开口孔结构能够起到使电磁波难以“逃离体系”的作用,减少电磁波的反射。同时在多孔结构内部多重反射和散射的过程中电磁波能够更好地被多孔骨架的Si C组分衰减吸收,进一步增强吸波性能。得出苹果遗态的多孔结构能够有效增强吸波性能的结论后,为进一步研究多孔结构与吸波性能间的构效关系,选择流化焦为研究对象,利用化学活化法原位造孔制备流化焦遗态的多孔材料,产物呈现洋葱式的层状多孔结构。分析研究孔结构的改变对材料电磁参数和吸波性能的影响关系。通过调控多孔材料的孔结构有效地调节材料的复介电常数实部和虚部,提高材料的阻抗匹配程度和衰减性能,增强吸波性能。当碱焦比为3.5:1时制备的流化焦遗态多孔碳材料的最大反射损耗为20 d B,有效吸波频段为4.8-18 GHz。利用制备的流化焦遗态多孔碳材料作为多孔结构骨架,设计调控多孔骨架的材料组分。将介电材料与磁性材料复合的C/Ni复合物作为骨架材料,实现介电材料与磁性材料的耦合,制备出多孔结构和骨架组分双重效应相结合的多孔C/Ni复合物吸波材料。建立组分含量和微观结构与介电和磁性能之间的内在联系,考察结构和组分对吸波性能的影响规律并揭示吸波机理。在AFC-2.5和AFC-3.5中Ni引入量分别为5%和10%,负载形貌最佳。在保证负载形貌的条件下,Ni的引入量越多则碳与镍的界面面积在单位质量内越多。在外加电磁场作用下,复合物中的电偶极矩极化弛豫效应使材料的复介电常数实部和虚部增加,增强材料对电磁波的存储和损耗能力,最终作用于增强电磁波吸收性能。在介电材料与磁性材料的耦合作用、介电损耗与磁损耗的协同效应、C/Ni复合层的电偶极矩极化弛豫、多孔结构的多重反射调控电磁参数以及表面效应等机制的共同作用下,AFC-3.5-10%Ni的最大反射损耗值为47 d B,在3.5-18 GHz波段内的吸波性能均大于10 d B,有效吸波频段宽度为14.5 GHz。

关键词： 遗态材料   功能材料   生物结构   复合材料  

摘要： 为了保证生存与繁衍的需求,大自然中的生物,包括微生物、动物以及植物,在亿万年优胜劣汰的进化选择中形成了多种、多样、多维数、多尺度的精细微纳构型,为当今多个领域的科学研究提供了丰富的灵感和启发。遗态材料研究通过直接以生物结构为模板,选择合适的物理化学方法,在保持模板精细分级结构的同时,将自然生物组分转化为目标材质,可制备具有生物精细分级结构的新型功能材料。介绍了利用遗态材料研究思想制备具有生物结构的功能材料的方法,简要介绍了采用几种典型生物结构为模板制备的遗态材料结构,并探讨了不同结构特点材料的相关功能表现。