关键词： 生物碳模板   多孔   熔盐法   过渡金属碳化物   复合陶瓷  

摘要： 过渡金属碳化物是一类具有高熔点、高硬度、化学稳定性强、耐酸碱腐蚀性好、超导和催化等优良性能的物质。其中,碳化铬在金属型碳化物中抗氧化能力最强,碳化钼和碳化钨以其类似贵金属的电子结构和催化特性被誉为“准铂催化剂”。本文以可自然再生的松木、竹子和藤条三种天然植物为前驱体制备多孔碳材料,采用熔盐法制备多孔碳化铬/碳、碳化钼/碳和碳化钨/碳复合材料,通过在具有独特孔结构的生物碳模板上原位生长过渡金属碳化物,从而实现结构与功能的一体化。研究了碳化后的松木、竹子和藤条三种具有不同孔结构的碳模板的石墨化程度、显微形貌和孔径分布,并在空气气氛中进行了抗氧化性能测试。以金属铬粉、钼粉和钨粉为原料,通过熔盐法低温绿色制备多孔碳化铬/碳、碳化钼/碳和碳化钨/碳复合材料,研究了反应温度、保温时间、混合盐种类及比例对复合材料产物的物相组成和显微形貌的影响,对产物的孔径分布和抗氧化性能进行了表征与分析,并对反应机理进行了探索研究。结果表明:(1)随着碳化温度的升高,碳模板中的碳石墨化程度增加,并且碳模板继承了天然木材多孔的特征结构;(2)提高反应温度和延长保温时间都有利于碳化物的生长;(3)碳化铬/碳复合材料的氧化反应活化能高于碳模板材料,表现出优异的抗氧化性能;(4)相比于NaF/NaCl熔盐介质,KF/KCl熔盐介质更有利于碳化钼和碳化钨的生成,且混合盐中KF的含量应相对较低;(5)原料金属粉体在熔盐介质中以两种状态参与反应:一种呈固体状态;一种溶解于液相熔盐中。随着盐的熔体的形成和反应温度的升高,一方面增加了金属粉体在反应体系中扩散速度,使原料颗粒能够充分与碳模板反应;另一方面提高了金属粉体在液相熔盐中的溶解度,进一步促进了反应的进行。

关键词： 中空纤维   氧化锆纤维   氧化铝纤维   遗态材料   模板  

摘要： 隔热陶瓷纤维,是一种新型功能纤维,被广泛应用于隔热材料领域,有着极其优异的隔热性能。主要包括氧化锆纤维,氧化铝纤维,以及碳化硅纤维等。一般而言,传统工艺制备出来的陶瓷纤维大都是实心结构,而实心纤维的孔隙率较低,极大地限制了材料隔热性能的提升。自然界中存在许多拥有精妙微观结构组织或器官的生物体,而那句脍炙人口的“出淤泥而不染”也正源自于荷叶低表面能的微纳米结构。随着材料表征技术的不断发展,研究人员发现,自然界还存在一系列拥有微米级空心结构的天然植物纤维,例如木棉纤维,牛角瓜纤维,法国梧桐絮,白茅纤维以及杨絮、芦苇等等,它们都具备中空的管状结构,拥有优异的保温性能。因此本研究提出以上述空心植物纤维为模板,制备具有中空结构的氧化锆与氧化铝隔热陶瓷纤维。同时,本研究还对制备而成的空心纤维进行了一系列表征,包括利用SEM观察其微观结构,EDS分析其元素分布组成,XRD检测其物相组成,压汞仪测量中空纤维的孔径分布情况,TG-DSC分析其热处理过程中的反应过程,红外光谱仪分析其残留组分,用平板导热仪测试其导热系数,并与传统方法制备而成的实心纤维相对比。通过对比得出结论,制备而成的遗态陶瓷纤维继承了天然植物纤维的中空结构,拥有远胜于传统的实心纤维的隔热性能。制备而成的氧化锆纤维在500℃时导热系数最低为0.048W/(m·K).1000℃ 时为 0.1 W/(m·K)。

关键词： 桉树遗态结构   羟基磷灰石(HAP)   复合材料   吸附   镉   机理  

摘要： 利用遗态转化工艺制备获得桉树遗态结构HAP/C复合材料(PBGC-HAP/C),将其用于含Cd(Ⅱ)模拟废水的吸附净化处理,研究了p H、初始含量、投加量、吸附剂粒径和吸附剂种类对Cd(Ⅱ)吸附的影响,并且进行了材料吸附前后进行X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪表征和吸附机理探讨。结果表明,对50 m L含Cd(Ⅱ)模拟废水,当pH为5、初始Cd(Ⅱ)质量浓度为5 mg/L、PBGC-HAP/C投加量为0.1 g时,吸附平衡时间为120 min,去除率可达97.88%。Langmuir等温模型和准2级动力学模型更适合描述该吸附过程;材料表面Cd^(2+)取代了部分钙离子位置,表面基团与Cd^(2+)发生络合反应,吸附过程主要以单分子层化学吸附为主,该反应为吸热反应,升高温度有利于吸附进行。

关键词： 生物遗态材料   锂离子电池   分级孔结构   负极材料  

摘要： 以橙子皮为原材料,通过高温热解制备出具有分级多孔结构的生物遗态碳材料,并以这种碳材料作为锂离子电池负极考察其电化学性能。研究表明,橙子皮基碳为无定型碳材料,从SEM照片可以看出,其具有相互连通的蜂窝状孔结构,孔径约在1-4μm。BET测得的比表面积约为52 m^2·g^(-1)。以橙子皮碳为原材料制备锂离子电池负极,在电流密度100 mAg^(-1)下,具有832 m Ahg^(-1)、393 mAhg^(-1)的首次放充电比容量,首次循环库伦效率为47.2%。200次循环后比容量仍保持在343 mAhg^(-1),库伦效率在95%以上,在2 Ag^(-1)的电流密度下仍具有149 mAhg^(-1)的比容量。

关键词： 桉树遗态结构HAP/C复合材料   吸附   锌  

摘要： 通过遗态转化工艺制备桉树遗态结构HAP/C复合材料(PBGC-HAP/C),并将该材料用于废水中Zn(Ⅱ)的吸附净化,探讨溶液pH、吸附剂投加量、吸附时间和温度等影响因素对吸附效能的影响,并讨论吸附动力学和热力学特性,通过SEM、XRD和FT-IR分析手段对吸附前后PBGC-HAP/C材料进行表征,揭示吸附机理。结果表明,对50m L的Zn(Ⅱ)模拟废水,pH为5适宜吸附高效进行,吸附剂适宜投加量为0.5 g;准2级动力学模型和Freundlich等温模型可以很好地用来描述吸附Zn(Ⅱ)的过程,吸附过程以化学吸附为主,物理吸附为辅,同时还存在络合作用,材料中部分Ca位置被Zn所替代。

关键词： 遗态结构   羟基磷灰石   Cu(Ⅱ)   动力学   热力学   吸附机制  

摘要： 采用自制桉树遗态羟基磷灰石/碳复合材料(PBGC-HAP/C)为吸附剂,溶液体系pH值、Cu(Ⅱ)初始浓度和材料粒径为影响因素,研究了PBGC-HAP/C吸附Cu(Ⅱ)的具体特征与机制.结果表明,当溶液为弱酸性时(pH=5),吸附效果最佳;增大反应体系初始浓度不利于吸附效果的提升;减小吸附剂粒径对吸附有促进作用.准二级动力学可准确描述该吸附过程,计算获取的吸附容量0.99、1.93和4.03 mg·g-1与实验值0.99、1.93和4.05 mg·g^(-1)高度接近;Langmuir模型很好地拟合了吸附过程,表明吸附是单层吸附,温度升高有利于吸附进行;热力学实验结果ΔGθ<0、ΔSθ>0和ΔHθ>0,显示该吸附过程是自发、熵增的吸热过程.SEM、EDS、XRD和FTIR对吸附前后材料表征分析可知PBGC-HAP/C表面的含氧官能团与Cu(Ⅱ)发生的化学络合反应为主要净化机制,同时伴随着物理吸附、静电吸附和离子交换作用.

关键词： 白果壳   遗态结构   吸附材料   铁改性   水污染物   净化处理   吸附剂  

摘要： 本研究以白果壳作为植物模板，硝酸铁为前驱体浸渍液，获取一种白果壳遗态结构Fe2O3/Fe3O4/C复合材料（简称Fe/C-G），并将该材料用于含铬（VI）、砷（V）和锑（III）模拟废水的静态吸附，探讨重金属溶液的pH值、初始浓度、吸附剂投加量、温度及吸附时间等因素对吸附效果的影响，采用动力学模型和等温线模型讨论其吸附机理，为控制和净化水中污染物提供理论依据。\n 通过元素分析、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射（XRD）、比表面积及孔隙率度分析仪、红外吸收光谱（FT-IR）、X-射线光电子谱（XPS）和Zeta电位分析仪等手段对Fe/C-G进行分析，研究其表面特征及物化性能。综合实验结果及工艺可行性，确定Fe/C-G制备的适宜工艺条件为：硝酸铁溶液浓度为0.6mol/L；60℃条件下浸渍5天，烘干1天，重复浸渍3次；300℃条件下焙烧2小时。在该工艺条件下，复合材料能很好地保留白果壳天然多孔分级遗态特征。Fe/C-G主要含有α-Fe2O3、Fe3O4和C三种物质，其比表面积为46.42m2/g，平均孔径为40.2nm，孔容为0.38cm3/g；粒径小于100目Fe/C-G的比表面是66.63m2/g，孔容是0.15cm3/g，平均孔径为9.26nm；Zeta电位为18.23mV，零电点pHPZC为3.5。\n 以Fe/C-G为吸附剂，对水中铬（VI）、砷（V）和锑（III）进行静态吸附实验研究。结果显示，Fe/C-G对铬（VI）、砷（V）和锑（III）的吸附动力学特征很好地遵循准二级动力学模型；在25℃、35℃和45℃实验条件下，Fe/C-G对铬（VI）、砷（V）和锑（III）的等温吸附可用Langmuir等温模型进行拟合；吸附去除铬（VI）、砷（V）和锑（III）的吸附剂用量分别是0.1g/50mL、0.2g/50mL和0.2g/50mL，适宜pH值分别是1、3、7，吸附剂粒径小于100目。\n 通过正交实验确定Fe/C-G吸附铬（VI）、砷（V）和锑（III）的优化工艺组合。铬（VI）：铬（VI）初始浓度为20mg/L；pH=1；吸附剂投加量为0.15g/50mL；温度为45℃；吸附剂粒径<100目；振荡时间是6h。砷（V）：砷（V）始浓度为20mg/L；pH=3；投加量为0.25g/50mL；吸附剂粒径<100目；温度为25℃；振荡时间为6h。锑（III）：锑（III）初始浓度为10mg/L；温度为45℃；吸附剂投加量为0.25g/50mL；吸附剂粒径<100目；pH=7；振荡时间为5h。

关键词： 超疏水表面   遗态材料   铜   单晶硅   环氧树脂   模版印刷   接触角  

摘要： 超疏水表面材料具有防水、防雾、自洁性等特点,是当前功能材料研究的热点。其中超疏水表面的制备方法是研究的关键点。目前,制备超疏水表面的方法有很多,然而这些方法主要是通过化学原理制备,所构造的表面结构多为人工预设几何图案。自然界有很多超疏水表面,于是科学家们将注意力放在自然界的完美疏水结构中,但基于仿生学的思想仅可人为大致复制出动植物叶面的表面结构,自然界中生物体表面经过进化得到的微纳米特殊精细结构很难达到。因此,本研究课题充分借鉴自然,直接将自然界生物结构作为模版,利用遗态学思想制备得到超疏水表面,为制备超疏水表面提供新的思路,拓宽了遗态材料的研究范围。主要通过遗态模版法在单晶硅、金属和有机物表面构造超疏水表面。研究内容和结论如下:(1)采用自然界中的柳桉、白松以及水曲柳为生物模板,通过烧结的方法制得了保留有木质材料原有结构的多孔碳,其表面经过氟硅烷修饰以后表现出优异的超疏水性能;证明了木质孔结构具有超疏水性。(2)在木质多孔碳表面电镀少量铜,制备保留有木质材料原有结构的超疏水Cu/C表面,并研究不同参数对疏水性能的影响。(3)以单晶硅为基底,采用木质结构材料金属辅助化学刻蚀的方法,以Cu/C为模版,其中Cu作催化剂,制备具有木质反向结构的单晶硅粗糙疏水表面。(4)在木质多孔碳表面电镀铜,在与多孔碳接触部位可获得木质反向结构的铜表面。其表面经过氟硅烷修饰以后表现出优异的超疏水性能;分析电镀浓度和时间参数的改变对样品表面接触角的影响,从中总结出最佳工艺条件。(5)利用模版印刷法在环氧树脂表面构造木质反向疏水结构。我们利用碳素遗态多孔碳为模版,在环氧树脂表面进行拓印得到多孔碳的反向结构。分析改变参数等对环氧树脂基超疏水表面的影响,最高接触角达到154°。

关键词： 毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料   吸附   砷(V)   工艺优化组合  

摘要： 以自制毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料为吸附剂,选取溶液初始p H值、吸附剂粒径、吸附剂投加量、砷(V)初始浓度、吸附时间和温度为影响因素开展工艺优化组合寻求的正交实验研究,结果显示,工艺优化组合为:砷(V)初始浓度10 mg/L,溶液初始p H=3,温度为35℃,吸附剂粒径小于100目,吸附剂用量为0.6 mg/50 m L,吸附时间为7 h。

关键词： 毛竹遗态Fe2O3/Fe3O4/C复合材料   吸附   锑(III)  

摘要： 以毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料为吸附剂,锑(III)初始含量、溶液初始pH值、吸附剂投加量以及吸附剂粒径为影响因素开展吸附影响研究。结果表明,随着锑(III)初始浓度的升高,毛竹遗态Fe_2O_3/Fe_3O_4/C复合材料对锑(III)的吸附量逐渐增加;初始溶液pH为7时,对锑(III)的吸附效果最好,吸附量为4.782 1 mg/g;块状吸附剂对水中锑(III)的去除率和吸附量与粉末状吸附剂吸附效果相当。