发泡多孔凝胶的制备及光热海水淡化性能研究

聚乙烯醇(PVA)和壳聚糖(CS)通过发泡法结合碳黑(CB)光热材料，制备出一种新型多孔气凝胶蒸发器(PCA-C)，用于太阳能海水淡化。通过SEM、FT-IR、MIP和DSC等测试方法进行了表征，并探究了其光热表现和海水淡化性能。发泡凝胶的孔道结构调控，使PCA-C的蒸发焓降低到1 769 J/g，蒸发率达到2.93 kg/(m²·h)，并且具有良好的抗盐效果。     

Janus型PVDF/石墨烯/聚多巴胺复合薄膜的制备及光热蒸发性能研究

通过聚多巴胺(PDA)和石墨烯修饰聚偏二氟乙烯(PVDF)膜不同表面,制备Janus型PVDF/石墨烯/PDA光热蒸发膜,并对光热蒸发膜的光吸收率、光热转换能力、蒸发速率、抗盐能力和水净化能力进行研究。结果表明:PVDF/石墨烯/PDA膜具有较高的光吸收率,通过太阳光能够加热至50.4℃。其光热蒸发速率达到1.89 kg/(m2·h)。在30%的NaCl水溶液中连续工作100 h,PVDF/石墨烯/PDA膜蒸发速率未发生明显变化,具有较好的抗盐能力。PVDF/石墨烯/PDA膜对海水和有机污水具有较好的净化能力。PVDF/石墨烯/PDA膜具有高效的光热蒸发速率及抗盐性能,可以有效用于淡水生产领域。     

还原氧化石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇型抗菌水凝胶的制备与性能

以聚乙烯醇（PVA）、氧化石墨烯（GO）、硝酸银为原料,在不添加引发剂和交联剂的情况下,使用物理交联法（冷冻-解冻法）制得了一系列还原氧化石墨烯（rGO）负载不同质量分数纳米银（AgNPs）/PVA型抗菌水凝胶（rGO-AgNPs/PVA）(PGA-1～PGA-6,阿拉伯数字代表AgNPs的质量分数)。通过FTIR、SEM、TGA、电子万能材料试验机和流变仪对水凝胶的结构、形貌、力学性能和流变性能进行了表征,并对其生物性能进行了测试。结果表明,rGO的加入增强了PVA水凝胶的机械强度,rGO-AgNPs/PVA抗菌水凝胶断裂伸长率比PVA水凝胶提高约60%,拉伸应变达到125%。PVA水凝胶的储能模量和损耗模量均低于rGO-AgNPs/PVA水凝胶;rGO与AgNPs协同抗菌,PGA-3(AgNPs质量分数0.33%)对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌带宽度分别约为4.5和5.5 mm;相较于PVA水凝胶,rGO-AgNPs/PVA水凝胶的孔洞增多,r GO通过π-π作用形成网络结构,r GO-Ag NPs/PVA水凝胶显示出多孔互联的微观结构。     

玉米秸秆基炭材料制备及其水蒸发性能研究

随着工业的发展和人口的增加,淡水资源的短缺问题日益严重,太阳能海水淡化被认为是解决这一问题的有效途径。光热转换材料是影响太阳能海水淡化性能的关键因素之一,基于此,以废弃农作物玉米秸秆为原料,采用高温物理活化法制备活性炭材料。利用物理吸附仪和红外光谱仪对材料进行结构表征,使用紫外可见近红外光谱仪对样品进行光学表征,考察玉米秸秆基炭材料的用量对太阳能水蒸发性能的影响。研究结果表明:在800℃下,以二氧化碳为活化剂制备的玉米秸秆基活性炭,8 mg时水蒸发性能最好,海水淡化速率为1.1039 kg·m~(-2)·h~(-1)。     

氧化石墨烯负载纳米银/聚乙烯醇型抗菌水凝胶制备与性能

以聚乙烯醇(PVA)、氧化石墨烯(GO)、硝酸银为原料，在不添加引发剂和交联剂的情况下，使用物理交联法（冷冻-解冻法）制得系列AgNPs质量分数不同的还原氧化石墨烯（rGO）负载纳米银/聚乙烯醇型抗菌水凝胶（rGO-AgNPs/PVA）（PGA）。通过FTIR、SEM对水凝胶的结构和形貌进行了表征，通过拉力实验和生物实验对其力学性能和生物性能进行了测试。结果表明，还原氧化石墨烯的加入增强了聚乙烯醇（PVA）水凝胶的机械强度，rGO-AgNPs/PVA抗菌水凝胶断裂伸长率相较于PVA水凝胶提高约60%，拉伸应变可达到125%。流变测试表明，PVA水凝胶的储能模量（G''）和损耗模量（G''）均低于rGO-AgNPs/PVA水凝胶；rGO与纳米银(AgNPs)协同抗菌，PGA-1、PGA-2、PGA-3、PGA-4、PGA-5对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌带宽度分别为0.5~4.5 mm和0.5~5.5 mm；SEM测试发现，相较于PVA水凝胶，rGO-AgNPs/PVA水凝胶的孔洞增多，rGO通过π-π作用形成网络结构，rGO-AgNPs/PVA水凝胶显示出多孔互联的微观结构。     

PVDF/PPy复合多孔泡沫的制备以及性能研究

采用发泡法制备了聚偏二氟乙烯(PVDF)泡沫,并在其上沉积了光热转换材料聚吡咯(PPy),制备了PVDF/PPy复合多孔泡沫光热材料。PVDF/PPy泡沫内的多孔结构有利于水分的输运,并且黑色的PPy有效地增加了其光吸收性能和光热转换性能。在PVDF/PPy-3中,其表面温度为56.3oC,光热蒸发速率为1.561 2 kg/(m2·h)。并且具有较好的稳定性和环境耐久性,可以在不同环境下长时间使用,具有较好的实用性。     

光热协同效应对PEEK纳米复合薄膜催化性能的影响

通过对热塑性塑料聚醚醚酮(PEEK)进行磺化,并负载光热催化剂硫化铜(CuS)和光吸收剂氧化石墨烯(GO),制备了高效的PEEK/CuS/GO光热催化材料。磺化PEEK显著改善了CuS的分散性并提高了其比表面积。GO作为一种光吸收剂可以有效地提高复合材料的吸光度,并且CuS的光热效应可以将红外光转化为热能。在紫外-可见光条件下,由于PEEK改善了CuS的分散性和GO的电子接收效应,使得PEEK/CuS/GO具有较高的催化效率以及循环性。在模拟太阳光下,由于CuS在红外光下的光热效应,使得转化的热能升高了体系表面的温度,从而使得光激发的载流子(电子及空穴)迁移速率增加,因而PEEK/CuS/GO表现出高于紫外-可见光时的催化效率。     

改性PU海绵三维多孔界面蒸发器的制备及性能

采用聚乙烯醇(PVA)对商用疏水聚氨酯海绵(简称PU海绵)进行亲水改性,并在其上面喷涂多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷(MWCNTs/PDMS)复合分散液,获得一侧超疏水另一侧亲水的三维多孔界面蒸发器。采用SEM、红外热像仪及紫外-可见-近红外分光光度计对涂层表面形貌、光热响应能力及反射率和透过率进行了测试,并对构建的三维多孔界面蒸发器的性能进行了评价。结果表明,由MWCNTs含量(以PDMS预聚物质量分数为0.55%的四氢呋喃溶液的质量计,下同)为0.5%的MWCNTs/PDMS复合分散液喷涂亲水改性的PU海绵制得的三维多孔界面蒸发器表面温度为81℃,吸收率为98.57%,具有良好的透水汽性、光热性能、蒸发性能、拒盐性能、脱盐性能、自清洁性能。该三维多孔界面蒸发器在盐水中进行蒸发作用时,其在1个太阳光强(1.0 kW/m²)下的表面温度为61.3℃,光热转换效率达96.75%,在模拟海水(质量分数为3.5%的NaCl溶液)蒸发过程中,蒸发速率可达1.80 kg/(m²·h),而PU海绵的蒸发速率较低,仅为0.44 kg/(m²     

聚丙烯酸钠/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及其电响应行为

以过硫酸钾为引发剂,N, N′-二甲基双丙烯酰胺为交联剂结合冷冻-解冻交联,制备了一系列不同配比的聚丙烯酸钠(PAAS)/聚乙烯醇(PVA)互穿网络水凝胶,并用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、热失重分析仪(TG)、万能试验机等对其进行表征。结果表明,PVA均匀分散于互穿网络水凝胶中,PVA的加入可以提高PAAS水凝胶的热性能;使PAAS水凝胶的溶胀速率和最大溶胀度减小,在PVA含量达到14%(质量分数,下同)时最低,随后又提高;PVA的加入可以显著提高其力学性能,断裂伸长率和拉伸强度均随PVA含量的增加而增大;PVA的加入提高了互穿网络的电响应灵敏度,且其最佳含量为21%。     

PNIPAM/锂藻土/GO近红外光响应水凝胶的制备及其应用初探

以锂藻土(L)为交联剂、氧化石墨烯(GO)为光热转换试剂,通过N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)原位聚合,制备了近红外光(NIR)响应(L-PNIPAM/GO)水凝胶.考察了锂藻土含量对L-PNIPAM水凝胶的断裂伸长率和拉伸强度的影响,并考察了GO含量对L-PNIPAM/GO水凝胶相关性能的影响.对所制备的水凝胶体积相转变温度(VPTT)及NIR响应性进行了表征,并对L-PNIPAM/GO水凝胶在光控流体开关及光控脱附方面的应用进行了初步探索.结果表明,当锂藻土和GO含量分别为NIPAM质量的12.0％和0.21％时,制备的L-PNIPAM/GO-12.0-0.21水凝胶具有较高的拉伸强度和良好的韧性,拉伸强度为123.98 kPa,断裂伸长率可达1181％,L-PNIPAM/GO-12.0-0.21水凝胶的VPTT为36℃;NIR照射下,L-PNIPAM/GO-12.0-0.21水凝胶能在300 s内从20.3℃升温至48.5℃,具有温敏性和光热效应,展示了用于光控流体开关及光控脱附的潜力.     

聚乙烯醇/聚丙烯酸钠/Zn0.2Fe2.8O4复合水凝胶的制备及其溶胀行为

将水溶性纳米Zn0.2Fe2.8O4(ZFO)粒子、用氢氧化钠(NaOH)中和的丙烯酸(PAAS)加入一定量的聚乙烯醇(PVA)水溶液中分散均匀,再加入引发剂过硫酸钾、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺引发聚合,制备了PVA/PAAS/ZFO水凝胶。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)对其组成和结构进行表征,并系统研究了复合水凝胶在不同溶剂中的溶胀性能。结果表明,纳米ZFO粒子均匀分散在PVA/PAAS凝胶网络中,纳米ZFO粒子的加入使水凝胶的溶胀速率和平衡溶胀度先增加后减小,在纳米ZFO含量为1%时达到最大;在不同浓度的电解质溶液和不同pH值的溶液中进行溶胀时,水凝胶表现出良好的离子浓度和p H刺激响应性。     

聚合物膜的研制

以聚丙烯腈(PAN)／聚乙烯醇(PVA)合金为膜材料，用液-固相转化法成膜制备PAN/PVA体系的非对称型合金微滤膜。研究了铸膜液浓度、聚合物共混配比、铸膜液温度溶剂蒸发时间、凝胶浴温度对膜结构和膜性能的影响。结果表明：采用了液-固相转化法成膜，可制成孔径为0．5～5．0μm的非对称性PAN/PVA合金微滤膜。     

冻融法制备微米级Fe3O4/聚乙烯醇磁性水凝胶及其磁力学性能研究

以微米级Fe3O4粉末和聚乙烯醇(PVA)为原料,采用反复冷冻-融化技术(冻融)制备了Fe3O4/PVA磁性水凝胶,研究了磁性水凝胶的力学性能、磁场阈值,磁性能等随Fe3O4的含量及冻融次数的变化行为,并使用扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)分别研究了Fe3O4/PVA磁性水凝胶的微观形貌和结晶性能.结果表明随冻融循环次数的增加,Fe3O4/PVA磁性水凝胶的力学性能、磁场阈值,及磁性能等均随Fe3O4的含量及冻融次数显著变化;Fe3O4在磁性水凝胶中分布均匀,PVA水凝胶经反复冷冻-融化后结晶性能有所提高.     

丙氨酸改性氮化硼在PVA导热水凝胶中的应用

以丙氨酸为改性剂,采用机械力化学的方法,制备了一种新型的改性氮化硼材料BN-Ala。考察了不同球磨时间长度对改性效果的影响,选择球磨10h的丙氨酸改性氮化硼作为导热填料添加到PVA水凝胶中。在5.7wt%添加量下,PVA水凝胶的导热系数可达0.7442Wm~(-1)K~(-1),与纯PVA水凝胶相比,导热系数提高了38.4%。这一改性方法,原料易得,操作简单,有利于化工大规模生产推广,并且制备的PVA导热水凝胶在微电子导热材料领域具有潜在的应用前景。     

LED固化环氧丙烯酸酯/聚乙烯醇双网络水凝胶海洋防污涂料的研制

采用聚乙二醇二缩水甘油醚与丙烯酸反应制备了环氧丙烯酸酯（ PEGDGE-AA），然后通过 LED固化制备了 PEGDGE-AA/聚乙烯醇（ PVA）双网络水凝胶海洋防污涂层，探讨了 PEGDGE-AA与 PVA配比对防污涂层的力学性能及吸水溶胀性能的影响，并研究了防污涂层在人工海水中对硅藻生长的影响和抗硅藻附着性能。结果表明： PEGDGE-AA/PVA双网络水凝胶的拉伸强度高于 PVA单网络水凝胶，且随 PEGDGE-AA含量的增加，双网络水凝胶拉伸强度及弹性模量增加，断裂伸长率下降，吸水率下降，其中 PEGDGE-AA10PVA5双网络水凝胶的拉伸强度最高，拉伸强度在 570 kPa左右，弹性模量为 12. 7 kPa，断裂伸长率为 47. 0%。人工海水模拟实验结果证明，水凝胶涂层的存在对小新月菱型藻的生长基本无影响，但能阻碍其附着在涂层表面，所制备的 PEGDGE-AA/PVA双网络水凝胶具有较好的海洋防污能力。     

基于水凝胶界面光蒸发的压裂返排液脱盐降污处理

压裂返排液的无害化处理是页岩气绿色开发中亟待解决的问题之一，也是实现“双碳”目标的重要组成部分。本文以天然高分子材料假酸浆胶(NPG)、聚乙烯醇(PVA)为原料，聚吡咯(Ppy)为光吸收剂，制备了具有双网络套孔结构的超亲水性水凝胶(SH)。以太阳能为驱动力，将基于该水凝胶的界面光蒸发技术用于压裂返排液的核心脱盐降污处理，实现了压裂返排液的低能耗达标外排处理。实验结果表明：在1个标准太阳光强度下(1kW/m²),SH处理压裂返排液的界面光蒸发速率最高为3.59kg/(m²·h)，平均光蒸发效率高达96%以上。经脱盐降污处理后的返排液总溶解固体量低于150mg/L，各类盐离子浓度显著降低3～4个数量级，TOC含量去除率高达87.1%。同时水凝胶具有良好的抗盐性和自洁功能，能确保其长期、持续使用。     

纳米TiO_2对PVA/St复合膜性能的影响

为改善聚乙烯醇/淀粉(PVA/St)复合膜的力学性能、阻隔性能和降解性能,通过溶液浇铸法制备纳米二氧化钛改性的PVA/St复合膜(PVA/St/TiO_2),探究Ti O_2含量对PVA/St/TiO_2复合膜力学性能、水接触角、阻隔性和降解率的影响。结果表明:PVA/St/TiO_2复合膜制备成功,当TiO_2颗粒含量为1%,PVA/St/TiO_2复合膜综合性能较优。相比PVA/St复合膜,PVA/St/TiO_2(1%)的拉伸强度高达31.2 MPa,提高39.3%。PVA/St/TiO_2(1%)的水接触为110°,具有疏水性。PVA/St/TiO_2(1%)对水蒸气和氧气的透过率分别为3.2 g/(cm·s·Pa)和203 cm3/(cm2·d·0.1 MPa)。PVA/St/TiO_2(1%)经过120 d的降解率约为63%,与PVA/St复合膜相比提高14.5%。     

磺化β-环糊精/PVA凝胶电刺激响应行为的研究

首先将β-环糊精(β-CD)和聚乙烯醇(PVA)用戊二醛交联制成凝胶;然后以浓硫酸作为改性剂,将磺酸根引入凝胶中,制备出一种阴离子型磺化β-CD/PVA凝胶,并对该凝胶的平衡溶胀率、粘接性能和电刺激响应行为等进行了研究。结果表明:该凝胶在Na2SO4水溶液中的平衡溶胀率随离子强度增加而减小;其剪切强度随PVA含量增加呈先升后降态势,并且在w(PVA)=5%时相对最大(3.8 MPa)。在非接触性直流电场作用下,该凝胶在Na2SO4水溶液中弯向电场负极,其弯曲偏转速率和应变随外加电压增加而增大,并且在离子强度为0.15 mol/L时相对最大;在循环电场作用下,该凝胶的电刺激响应行为具有良好的重现性和可逆性。     

新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜制备及其性能

高性能石墨烯基复合膜的制备是目前国际研究热点,但是石墨烯基纳滤膜在脱盐中水通量较低,限制其在脱盐中的应用。采用聚多巴胺(PDA)改性聚砜(PSF)膜为基膜,将还原氧化石墨烯(rGO)和超薄氮化碳(uCN)纳米片通过真空抽滤法在基膜表面自组装制备新型还原氧化石墨烯/氮化碳复合纳滤膜。通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪等研究uCN添加对膜结构和形貌的影响,并考察不同uCN添加比例、rGO用量及压力复合纳滤膜性能变化规律。结果显示当在100mg·L~(-1)的rGO中添加uCN为20 mg·L~(-1)时所制备的rGO/uCN复合纳滤膜不仅保持良好盐离子截留率(对Na_2SO_4截留率85.86%,对NaCl截留率30.17%),且水渗透系数是rGO膜的2.15倍(88.50 L·m~(-2)·h~(-1)·MPa~(-1))。     

MnO2/rGO复合材料的制备及电化学性能研究

采用一步水热法制备具有海胆状纳米/微米结构的MnO_2和MnO_2/rGO复合电极材料。用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)表征分析其微观形貌,X射线衍射(XRD)对其成分进行分析,结果表明:rGO,MnO_2成功复合在一起。rGO包覆在海胆型MnO_2表面,有效增大了MnO_2导电率。MnO_2∶rGO=1∶1的复合材料在电流密度为0.5 A·g~(-1)时比电容可达200.13 F·g~(-1)。经过5000次循环充放电后,其比电容保持率为92%。