锆掺杂MCM-41介孔分子筛的水热合成与稳定性

水热条件下,以硅酸钠和硫酸锆为原料,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,按照初始的ZrO2与SiO2物质的量之比0.05、0.1、0.2和0.3合成了4种不同锆含量的含锆介孔分子筛(ZrMCM-41).采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)和比表面积孔径测定等方法对样品的结构和形貌进行了表征.考察了不同ZrO2与SiO2物质的量之比、不同焙烧温度以及不同水热处理时间对样品孔结构的影响.结果表明:合成的样品具有典型的MCM-41介孔结构,其比表面积为448.6~891.9 m2/g.随着样品中锆含量的增加、焙烧温度的升高和水热处理时间的延长,所合成样品的介孔有序性下降,BET比表面积降低.     

纳米介孔氧化铝的制备工艺及性能

分别采用碳黑和十六烷基三乙基溴化铵作为模板剂,硝酸铝为前驱体,用溶胶-凝胶法合成介孔氧化铝.通过N2吸附一脱附、TG-DSC等测试手段对样品进行了对比分析表征.考察了两种不同模板剂对其晶体结构、比表面及孔径大小的影响.实验结果表明,相对于十六烷基三甲基溴化铵或碳黑做模板剂,采用十六烷基三甲基溴化铵和碳黑组成的复合模板剂可以合成较大的比表面积、孔径和孔容(分别为370m2/g、6.5nm和1.54cm3/g)的介孔氧化铝,而且具有较窄的孔径分布.     

La2O3/γ-Al2O3复合产物的浸渍-燃烧法制备及表征

采用浸渍-燃烧法制备了La2O3/γ-Al2O3复合产物,原料为La(NO3)3.6H2O(A.R)、一水合柠檬酸和工业级的拟薄水铝石.以六水合硝酸镧和一水合柠檬酸分别为镧源和燃烧剂,柠檬酸与六水硝酸镧的摩尔比为5∶6左右.将拟薄水铝石研磨成粉末并溶于柠檬酸和镧的配合物溶液中,搅拌至凝胶状,110℃干燥2h,再放入马弗炉中焙烧2 h得到产物.采用XRD、BET、XPS进行分析和表征,结果表明La3+的加入提高了γ-Al2O3的热稳定性,随着样品焙烧温度升高,比表面积下降,孔容、孔径变大.随着La3+的量的增加,样品的比表面积增大,孔径尺寸分布变宽.通过控制La3+加入的量以及焙烧温度,可调控多孔γ-Al2O3粉体的比表面积、孔容、孔径大小及孔径分布.     

不同配体Ce-MOFs衍生的CeO2催化剂的制备及催化性能研究

通过水热合成法合成了有机配体不同的前驱体铈基金属-有机骨架,经过400℃煅烧得到CeO₂催化剂用于催化氧化甲苯,并研究了催化剂的性能。结果表明,在反应温度为180～260℃、质量空速为60000mL/(g·h)条件下,催化剂活性顺序为CeO₂-B>CeO₂-M>CeO₂-A(B、M、A分别是有机配体4,4′-联吡啶、2-甲基咪唑、2-氨基对苯二甲酸的英文首字母)。CeO₂-B在215℃对甲苯的降解率达到92.9%,在30h稳定性测试中保持优异的催化性能,其优异的催化活性得益于较大的比表面积(126.72m²/g)、孔容(0.19cm³/g)、平均孔径(5.44nm)、较高的Ce³⁺含量(19.97%)和表面化学吸附氧含量(43.63%)。X射线衍射、全自动比表面积分析仪、扫描电子显微镜、氢气-程序升温还原、X射线光电子能谱等表征证明,有机配体会影响催化剂的比表面积、孔容、孔径和粒径等物理性质。     

超级电容器用马尾藻基超级活性炭的制备及其电化学性能

以马尾藻为原料,采用KOH活化法制备用于超级电容器的生物质基超级活性炭。制备的超级活性炭不仅比表面积巨大,孔隙结构丰富,而且以海藻作为前驱体原料明显降低了活性炭的生产成本。采用单因素实验法分析了浸渍比、活化温度和活化时间对马尾藻基活性炭孔隙结构(比表面积、孔容及孔径分布等)的影响,探索了制备马尾藻基超级活性炭的最佳工艺条件,并研究了所制活性炭用于制备超级电容器时的电化学性能。采用N2吸附-解吸附、SEM、XRD,恒电流充放电以及循环伏安法等表征手段考察超级活性炭样品的比表面积,孔结构以及电化学性能。实验结果表明,制备马尾藻基超级活性炭的最佳工艺条件为:浸渍比4∶1,活化时间120min,活化温度800℃。在该实验条件下制得的活性炭比表面积高达2926m2/g,孔容高达1.536cm3/g,且所有活性炭的孔径大小几乎全部分布在4nm以内,孔径分布均匀。制备的超级电容器以6mol/L的KOH为电解液时,其比电容高达358.5F/g,表现出良好的电化学性能。     

块状无裂纹介孔碳的合成和表征

以P123、F127作为模板剂,间苯二酚-甲醛为碳前驱体,利用水热合成技术制备了蠕虫状结构的块状无裂纹介孔碳。采用TG、FT-IR、TEM、N2吸附-脱附和元素分析等方法对介孔碳材料的结构进行了表征,分别研究了模板剂用量、模板剂种类对介孔碳结构的影响。结果表明:以F127和P123为模板剂制备的介孔碳均为蠕虫状结构。模板剂用量增加,介孔碳比表面积、孔径和孔容有所变大,但微孔的比表面积有所下降。模板剂种类不同,比表面积、微孔比表面积、孔容相差不大,但孔径相差较大。     

纳米介孔CeO2的合成及表征

采用烷基聚氧乙烯基醚(Brij35)非离子型表面活性剂为模板剂,乙醇水溶液为溶剂合成了高比表面和孔径集中的介孔CeO2,考察了氨水和铈源的添加顺序、pH值等合成条件对介孔CeO2比表面、孔径分布和热稳定性的影响.运用XRD、FT-IR、DTA、N2吸附-脱附和比表面-孔径测定等手段进行了表征.结果表明,氨水加入铈源与模板剂的混合液中有利于形成介孔CeO2,且pH值在9～10范围内所得介孔CeO2材料具有较大的比表面积、孔容和较好的热稳定性.     

介孔TiO2微球水热法合成及在染料敏化太阳能电池中的应用

以Ti(SO4)2为钛源,采用尿素辅助水热法合成了介孔TiO2微球,利用XRD、FESEM和比表面积分析仪对样品的晶型、形貌和比表面积进行分析,探讨了尿素加入量对TiO2微球的颗粒尺寸、比表面积、孔径和孔容的影响。采用刮涂法,用所合成的介孔TiO2微球制备了染料敏化太阳能电池(DSSC)的光阳极,结果表明,尿素用量为1.2g合成的介孔TiO2微球所组装的电池在模拟太阳光的照射下(100mW/cm2,AM1.5),光电转换效率为6.2%,明显高于商用P25纳晶所组装的电池光电转换效率(4.24%)。     

硼掺杂的γ-A12O3催化膜的制备及其热稳定性的研究

在勃姆石AlOOH溶胶中引入一定量的H2BO3溶液,经不同温度的热处理,制成不同硼掺杂含量的无支撑的γ-A12O3催化膜。用XRD、BET分别对膜的晶相和膜的微孔结构,包括比表面积、孔径和孔容进行了研究,结果发现：随着硼含量的增加,在低温下,膜的比表面积和孔容都不断增加,而对孔径的影响不大;经1200℃处理后,未掺杂硼的膜的比表面积,孔径和孔容分别为5.4m2/g,49nm和0.063cm3/g,而经掺杂16％摩尔硼的膜的比表面积,孔径和孔容分别为35m2/g,13nm和0.225cm3/g,这说明硼的掺杂对γ-A12O3膜的热稳定性有很好的改善作用。     

大孔-介孔分级孔结构炭材料制备及性能研究

以聚苯乙烯微球以及F127嵌段共聚物自组装结构为模板,酚醛树脂低聚物为碳前驱体,双模板法合成了大孔-介孔分级孔结构的炭材料.对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和氮吸附-脱附测试,并研究了样品的电化学性能.结果表明,利用这种简便的合成方法可以得到具有三维连通大孔以及二维有序介孔结构的分级孔结构炭材料,大孔尺寸在1μm左右,介孔孔径集中分布在5nm,比表面积为353.8m2/g,孔容0.36cm3/g.利用三电极体系测试了产品作为电化学双电层电容器电极材料的性能,在50mA/g的电流密度下,放电质量比电容为40F/g.     

镍纳米粉的比表面积和孔结构研究

采用阳极弧放电等离子体方法制备了高纯镍纳米粉,利用X射线衍射(XBD)、透射电子显微镜(TEM)对粉末的形貌、晶体结构、粒度进行了表征。样品的N_2的吸附-脱附等温线采用静态表面吸附仪在液氮温度下(78 K)在气体饱和蒸气压力范围内测试。依据BJH理论模型计算探讨了样品的累积孔表面积、累积孔体积、孔径及其BJH脱附分布等性能。用图解法由等温吸附直线求出单层吸附量,利用BET吸附公式计算出样品的比表面积。结果表明,镍纳米粉的比表面积为14.23 m~2/g,粒径为46 nm。     

孔径分布对多孔镍孔体积分形维数的影响

用压汞法对用粉末冶金法制备的多孔镍试件进行了测试,得到了多孔镍试件的孔隙率及孔径分布曲线,并以Menger海绵体模型为基础,根据压汞实验数据确定了多孔镍试件的孔体积分形维数,发现多孔镍的孔隙结构具有明显的分形特征,分形维数在2.8～3.0之间.孔径分布范围越宽、平均孔径越大,孔体积分形维数越大.多孔镍的孔体积分形维数在一定程度上反映了多孔镍孔隙结构的均匀性及填充能力.     

Pore size characteristics of nonwoven structures under uniaxial tensile loading

Nonwovens are highly porous structures consisting pores of complex shapes and sizes which are responsible for desired functional characteristics. In general, a nonwoven is often subjected to uniaxial tensile loading in various applications and it is of paramount importance to account for changes in structural characteristics including pore sizes during the loading conditions. In this research work, the pore size of thermally bonded nonwoven structures under uniaxial tensile loading at various levels of strains has been investigated. A theoretical model has been proposed that accounted for fibre reorientation and changes in the fibre volume fraction during the application of tensile strain. A comparison has been made between theoretical and experimental pore size distributions of thermally bonded nonwoven structures at defined levels of strains. Moreover, an attempt has been made to rationalise some of the contradictory literature results of pore size distributions of nonwoven structures under uniaxial tensile loading.     

Pore size and pore volume effects on alumina and TCP ceramic scaffolds

Controlled porosity alumina and β-tricalcium phosphate ceramic scaffolds with pore sizes in the range of 300–500 μm and pore volumes in the range of 25–45% were processed using the indirect fused deposition process. Samples having different pore sizes with constant volume fraction porosity and different volume fractions porosity with a constant pore size were fabricated to understand the influence of porosity parameters on mechanical and biological properties. In vitro cell proliferation studies were carried out with OPC1 human osteoblast cell line for 28 days with different scaffolds. Variation in pore size did not show any conclusive differences, but samples with higher volume fraction porosity showed some evidence of increased cell growth. Volume fraction porosity also showed a stronger influence on the mechanical properties under uniaxial compression loading. Compression strength dropped significantly for samples with higher volume fraction porosity, but changed marginally when only the pore size was varied.     

焙烧温度对氧化铝膜孔性能的影响

利用ＴＧ－ＤＴＡ、ＢＥＴ法分析研究了热处理过程的膜孔径分布、孔径大小及膜的比表面积、比孔容随焙烧温度的变化趋势,并用ＸＲＤ研究了氧化铝膜的膜内晶体的晶面取向,用ＴＥＭ、ＳＥＭ观察用溶胶─凝胶法制备的氧化铝膜的表面及截面形貌．发现构成氧化铝膜的微晶的择优取向度决定着膜孔径分布的均匀性,焙烧温度越高,膜微晶的择优取向度越大,膜的孔径分布越窄,但孔径增大．膜的比表面积、比孔容在４００℃有一最大值,４００℃是合适的膜催化、反应用膜的焙烧温度,这时膜比表面积、比孔容和孔隙率分别为２８３ｍ^２／ｇ、０．３３８ｍＬ／ｇ和５３％．７００℃是分离用膜的合适焙烧温度,这时膜比表面积、比孔容和孔隙率分别为２０２ｍ^２／ｇ、０．２０３ｍＬ／ｇ和４５％．７００℃时膜的最大孔径为５ｎｍ;孔径为１～１．２５ｎｍ的孔占孔体积的７０％以上．     

添加成孔剂法制备孔径、气孔率可控的多孔玻璃陶瓷

研究了采用添加成孔剂法制备具有相互贯通气孔的多孔生物玻璃陶瓷的方法及其性能.多孔玻璃陶瓷主晶相为氟磷灰石和β-硅灰石,气孔率在49％-82％间连续可控,气孔由成孔剂热解排除形成的球形宏观孔(孔径200-850μm)和玻璃粉体烧结形成的微观孔(孔径2-4μm)组成,宏观孔孔径取决于成孔剂粒径并通过孔壁上的孔洞(孔径50-300μm)相互连通.塑性成孔剂硬脂酸受压产生塑性变形,添加硬脂酸的素坯强度高、可加工,烧结产物强度较高、气孔为扁球状;刚性成孔剂聚苯乙烯受压产生弹性变形,添加聚苯乙烯的素坯疏松、不可加工,烧结产物强度较低、气孔呈圆球状.成形压力对添加塑性成孔剂的样品性能影响显著,而对添加刚性成孔剂的样品性能无显著影响.气孔率与成孔剂的含量成良好的线性关系,通过控制成孔剂粒径和加入量可达到气孔率、孔径可控的目的.孔径一定时抗压强度与总气孔率成良好的二次曲线关系.     

Pore metamorphosis during liquid phase sintering in microgravity

Liquid Phase Sintering (LPS) experiments have been conducted on several sounding rocket flights, Space Shuttle missions and aboard Mir Station, where more than 100 samples were processed for various times. Analysis of those samples revealed considerable pore formation and metamorphosis. Pore filling and coarsening was found in most samples while pore breakup was also found in low liquid volume samples. Pores showed bifurcated behaviors based on their liquid volume fractions. These behaviors resulted from particle rearrangement, particle growth and different diffusion patterns (surface diffusion and volume diffusion) that associated with interfacial energy differences, instabilities, and grain coarsening along the interface between phases. Low liquid volume fraction and the presence of the agglomeration, which results in high local solid volume fraction, enhances the volume diffusion during the process which causes the pore breakup. This paper attempts to show pore bifurcation behavior, which produces either smaller pore by a breakup mechanism or coarsened pore of large size. An initiation mechanism induced by grain growth, capillary force and other weak forces is proposed and the results from theoretical analysis and CFD numerical simulation are presented.     

离心成型技术制备孔梯度分布的氧化锆多孔陶瓷

以2种粒径分布不同的ZrO_2微粉为原料,利用离心成型技术制备孔梯度分布的ZrO_2多孔陶瓷.测量了ZrO_2颗粒在不同pH值下的Zeta电位,研究了离心加速度和浆料固相含量对ZrO_2颗粒分离现象的影响,观察了烧结产物的微观形貌、孔隙度以及孔径分布.研究结果表明,在pH=10时,ZrO_2颗粒的Zeta电位最高,浆料具有良好的分散性.在较低的固相含量和较高的离心加速度下,ZrO_2颗粒的分离现象明显,孔隙呈梯度分布.40%(体积分数)固含量ZrO_2浆料离心所得样品在1400℃烧结3h后,孔隙呈现良好的梯度分布,其底部孔隙度为24.6%,气孔尺寸在1～3μm之间;顶部孔隙度为15.2%,气孔尺寸大多在0.3μm以下.     

介孔泡沫对芥子气降解酶DhaA的吸附研究

以聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇三嵌段共聚物(P123)为模板剂, 1,3,5-三甲苯(TMB)为扩孔剂, 正硅酸乙酯(TEOS)为硅源, 采用水热合成法制备了三维连通笼状介孔泡沫(MCF)。N₂吸脱附等温实验发现MCF最大孔径尺寸17.3 nm, 窗口尺寸8.2 nm, 比表面积770.3 m²/g, 孔容可达2.3 cm³/g。以MCF为载体, 考察了MCF对芥子气降解酶DhaA的吸附作用, 发现pH为6.5时, DhaA在MCF上的饱和吸附量最大, 吸附动力学满足Elovich动力学模型, DhaA在MCF孔道中的内扩散过程是吸附的限速步骤, 吸附等温线符合Sips模型。MCF吸附后DhaA的活性和构象均发生明显改变, DhaA酶活残留12.4%, 本征荧光光谱发生红移。研究结果表明：大孔径、大孔容和三维笼状孔道等结构特征使MCF有利于吸附DhaA, 静电排斥作用影响吸附过程, DhaA构象改变是造成DhaA催化活性降低的主要因素。     

微筛孔反应器制备高孔容二氧化硅消光剂

采用新型微筛孔反应器,以硅酸钠和硫酸为原料,制备一次粒径为10 nm左右的水合二氧化硅沉淀,以乙醇为分散溶液,经喷雾干燥得到高蓬松二氧化硅颗粒,研究终点pH值、分散液中乙醇含量对二氧化硅孔特性的影响规律。结果表明,由于微筛孔反应器能够强化传质,提高过饱和度和均匀度,形成的一次颗粒粒径较小,有利于得到大的孔容和孔径;以乙醇为分散溶液,喷雾干燥可以保持大孔不塌陷,提高样品蓬松性。当终点pH值为8.5时,制备出比表面积为251.40 m2/g,孔容为2.14 mL/g和孔径为34.07 nm的二氧化硅颗粒。通过与气相法二氧化硅消光剂产品对比,发现二者孔容和孔径性能相近,但沉淀法制备成本大大降低。