静电纺丝纳米纤维在特殊领域的研究现状和应用

综合阐述了静电纺丝制备纳米纤维的工艺变量以及静电纺丝纳米纤维在特殊领域的研究和应用现状。研究表明:静电纺丝是在静电场作用下将聚合物溶液(或熔体)从喷头喷射出制备纳米纤维的工艺过程,纤维直径从几微米到<100nm,具有独特功能的纳米结构,可广泛应用于导电纤维、生物医用高分子材料等特殊领域。     

活性碳纤维负载型脱硫剂在矿井气体环境条件下的应用

H₂S作为煤炭开采过程中经常会出现的气体,对煤矿的生产安全造成不利影响,必须进行脱除工作。然而煤矿中还可能存在其他组分的气体,这些气体可能会一定程度上影响H₂S的脱除。本文选取活性碳纤维分别负载氢氧化钠及氧化铜,并选取两种材料的最佳负载量。之后,模拟煤矿实际条件,探讨复合脱硫剂在实际矿井气氛条件下的脱硫性能。结果表明,煤体在受热情况下会产生的多组分混合性气体,这些气体会对脱硫剂性能产生极大的影响,当煤体温度升高,其产生的CO、CO₂等气体呈指数增大,并且会产生少量的CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂等气体,随着这些气体生成量增大,脱硫剂脱硫性能开始下降。且在矿井气体氛条件下SO₂气体的产生受到了抑制,特别在煤气组分含量大的情况下,SO₂气体甚至晚于H₂S气体出现。此外通过测量脱硫剂失活后的表面pH,发现即便在一些气体氛围下脱硫剂的脱硫时间更短,其脱硫后产物的表面pH极为相近,说明煤体产生的酸性气体CO以及CO₂等可能也被吸附到脱硫剂的表面上生成酸性物质。     

TiO2-V2O5纳米纤维光催化氧化烟气中的Hg0

对静电纺丝法制备的TiO₂和TiO₂-V₂O₅纳米纤维进行光催化脱除模拟烟气中Hg⁰的研究。对纳米纤维进行了SEM、TEM、XRD、BET和UV-Vis检测。结果表明TiO₂-V₂O₅纳米纤维为锐钛矿,V₂O₅高度分散在TiO₂中。纤维直径在200 nm左右,由粒径为10 nm左右的微粒组成。掺杂V₂O₅后,纤维的吸光范围扩大,在可见光范围内的吸光度比纯TiO₂时有了很大提高。实验研究了不同光照条件、V₂O₅的掺杂量和循环次数对脱汞的影响,分析了TiO₂-V₂O₅催化脱汞的机理。当V₂O₅的质量含量为3%时,TiO₂-V₂O₅在可见光下的脱汞率可达到66%,比纯TiO₂时的7%有了显著提高;纤维的脱汞性能稳定,多次循环后紫外光和可见光下的脱汞率仍分别保持在80%和65%左右。电子的跃迁和电子、空穴的快速分离是TiO₂-V₂O₅在可见光下脱汞率提高的主要原因。     

垃圾焚烧飞灰在污染物控制领域中的应用探讨

随着垃圾焚烧处置技术的推广和应用，垃圾焚烧飞灰产量逐年增加，传统填埋处置方式存在成本高、填埋场资源不足等问题，因此飞灰的综合利用问题广受关注。由于飞灰富含SiO₂、Al₂O₃等活性物质，在污染物的吸附脱除领域具有良好的应用前景。本文主要结合垃圾焚烧飞灰的理化特性，介绍了垃圾焚烧飞灰在不同废水废气中的污染物吸附脱除效果。综合近年来污染物脱除研究情况，着重介绍了原始飞灰和改性飞灰在重金属、磷盐、染料等污染物脱除中的应用效果、机理，指出了目前存在的主要问题，并对不同的应用工艺进行了成本分析和优缺点对比。最后提出了需要继续深入微波水热在提高飞灰吸附性的应用研究和进一步完善飞灰在污染物控制领域应用的全过程研究的建议与展望。     

富氧燃烧烟气压缩净化的研究进展

富氧燃烧技术具有大幅度降低单位燃料的NO_x和SO_x排放的优点,但酸性物质及汞等污染物的存在对CO₂的后续资源化利用和埋存造成极大影响。本文从富氧燃烧烟气净化技术角度出发,简述了CO₂压缩过程中NO_x和SO₂单独脱除、联合脱除的研究情况,以探寻协同脱除过程中NO_x、SO₂相互影响的规律以及具体N-S反应的路径;分析了压缩过程协同脱汞的研究进展,探讨压缩过程汞脱除的具体机制,观察NO_x、SO₂、H₂O的含量对汞脱除的影响;最后介绍了富氧燃烧烟气压缩净化技术的中试应用情况。分析表明,现有研究大多注重于孤立地分析各种工况参数对NO_x、SO₂、HgO吸收脱除的影响,因此难以从反应机理上揭示多种污染物脱除之间的内在联系与相互作用机制,只有实现NO_x、SO_x及HgO等多种污染物的联合脱除,才能实现富CO₂烟气的有效净化,从而大大减少富氧燃烧技术的设备投资和运行成本,有效促进该技术的大规模商业化应用。     

PFSA-PES-纳米颗粒复合纳米纤维的制备及催化性能

利用静电纺丝法制备了全氟磺酸(PFSA)-聚醚砜(PES)-纳米颗粒(SiO₂、TiO₂和Al₂O₃)复合纳米纤维,比较了SiO₂、TiO₂和Al₂O₃等不同纳米颗粒对磺酸基团在纤维表面分布的影响,并利用乙酸乙酯合成反应考察了纤维结构对表面磺酸基团活性的关系。结果表明:静电纺复合纳米纤维的比表面积可达85.6 m²·g^-1,纳米颗粒均匀分布在纤维表面,表面酸性中心占PFSA酸性基团总量最高达71.2%。酯化反应实验表明,复合纳米纤维具有很好的催化性能,纳米颗粒的存在可以提高酸中心的活性;同时,所得复合纳米纤维膜表现出很好的回收与可再生性能,有望作为一种对环境友好的固体酸催化剂。     

基于中温烟气多污染物控制的烟气脱硫实验

中温（200～400℃）烟气多污染物一体化脱除方法能够实现烟尘、NO_x、SO₂一体化脱除,在当前环境问题日趋严峻的背景下具有一定的发展前景。氢氧化钙作为该方法的一种潜力脱硫剂,在中温条件下进行烟气中SO₂脱除的实验研究较少,针对该情况,在自制实验系统上探究了不同因素对SO₂脱除效果的影响,研究表明,在实验室自制的固定床实验系统下,烟气成分中水蒸气、CO₂、NO_x、O₂等的存在会对脱硫产生抑制,升高温度对SO₂脱除有一定促进作用。对吸附产物进行了XRD、SEM等表征,验证了化学吸附机理,氢氧化钙在该温度区间会逐渐分解形成氧化钙,促进SO₂的吸附与内扩散,使得脱硫效果提高。研究结果为进一步提高脱硫效果,提高氢氧化钙活性,并为下一步实现中温下烟气多污染物一体化脱除奠定基础。     

添加剂CH3COONH4对介质阻挡-电晕放电耦合法脱除NO、SO2的影响

采用自行研究设计的介质阻挡-电晕放电等离子体反应装置在模拟烟气中进行NO、SO₂的脱除研究。考察了O₂、CO₂、水蒸气等气体组分对脱除NO、SO₂的影响,并进一步探讨了添加剂CH₃COONH₄对脱除NO、SO₂的影响及作用机理。实验结果表明：O₂、CO₂和水蒸气浓度的增加对NO脱除有抑制作用,而引入CH₃COONH₄后,这些抑制作用会被减弱,使NO的脱除率得到大幅度提升,但这些抑制作用不会完全消除。在引入CH₃COONH₄后,气体组分和输入电流的变化对脱除SO₂的影响不明显,SO₂脱除率可达到94%左右。在N₂/O₂/CO₂/H₂O/NO/SO₂体系中加入0.27%的CH₃COONH₄后,NO初始浓度不变的条件下,SO₂含量较少时,对NO的脱除影响不明显,随着SO₂浓度的增加,NO的脱除率不断下降,增加CH₃COONH₄的添加量可消除SO₂的影响;另一方面,在SO₂初始浓度恒定的条件下,随着NO含量的增加,SO₂的脱除率保持在94%左右。在N₂/O₂/CO₂/H₂O/NO/SO₂体系中加入0.51%的CH₃COONH₄后,输入电流2.5A时,NO的脱除率达到72%。     

气体二氧化氯消毒应用研究进展

对国内外近几年来气体ClO-₂消毒领域的最新研究成果进行了归纳和总结，提出并分析目前该技术在应用中存在的问题，有助于全面了解气体ClO-₂消毒领域的发展现状，为该技术更广泛应用提供理论基础和技术支持。     

静电纺丝技术及其在水处理中的应用

根据静电纺丝采用的聚合物原料的类型、静电纺丝制备的纳米纤维的特殊结构的种类、制备有序排列的纳米纤维的方法以及制备三维结构纳米纤维的进展4方面对静电纺丝技术进行了叙述,归纳了静电纺丝技术在水处理中微粒物质的、重金属污染物的去除和污染物检测方面的应用.认为目前限制静电纺丝技术发展有2个主要问题,即没有明确的理论指导,一些原理尚未搞清;制备的纳米纤维产量低下,难以工程化、规模化.     

A Rapidly Responding Sensor for Methanol Based on Electrospun In2O3–SnO2 Nanofibers

In this paper, we presented a simple and effective electrospinning technique for the preparation of In₂O₃–SnO₂ composite nanofibers. The morphology and chemical structure of the as-prepared samples were analyzed by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and X-ray diffraction. The results showed that large quantities of In₂O₃–SnO₂ composite nanofibers with diameters from 60 to 100 nm were obtained. The In₂O₃–SnO₂ composite nanofibers exhibited excellent gas sensing properties to methanol, such as fast response/recovery properties, high sensitivity, and good selectivity.     

Preparation of Porous Tin Oxide Nanobelts Using the Electrospinning Technique

The electrospinning method is adopted to prepare utralong PEO/stannic hydroxide composite nanofibers. Tin-oxide nanobelts can be obtained by calcination of the composite nanofibers in an open atmosphere. The nanobelts were characterized by a field emission scanning electron microscope, X-ray diffraction, a transmission electron microscope, a Raman spectromicroscope, and Fourier transform infrared spectroscopy. Microstructural analysis has shown that the nanobelts prepared consist of a continuous network of interconnected SnO₂ grains. As a result, the SnO₂ nanobelts possess a high surface area and continuous porosity, which may be applied for the fabrication of sensitive gas sensors.     

同轴电纺法TiO2/g-C3N4的制备及光催化性能研究

传统的静电纺丝法使用单一的毛细管状喷头喷丝,通常用于制备实心且表面光滑单一组分的纳米纤维,无法得到具有多种功能性结构的复合材料,应用范围较窄。以酞酸丁酯和尿素为原料,采用同轴静电纺丝法成功制备了TiO₂/g-C₃N₄复合材料,并用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、场发射扫描电子显微镜（SEM）和Brunauer-Emmett-Teller （BET）分析对样品进行了表征,通过光催化降解亚甲基蓝溶液（MB）研究了不同g-C₃N₄添加量对TiO₂/g-C₃N₄复合材料光催化性能的影响。实验结果表明,采用同轴静电纺丝法结合500℃煅烧工艺成功制备了大比表面积及高光催化性能的TiO₂/g-C₃N₄复合材料。当g-C₃N₄添加量为0.15 g时,TiO₂/g-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝溶液（MB）的光催化降解效率可达93.8%,且经过5次重复实验后降解率仍可达80%以上。     

富氧条件下氢气选择催化还原汽车尾气氮氧化物的研究进展

汽车尾气中的氮氧化物（NO _x ）是大气主要污染物之一,严重危害了环境和人类健康。选择催化还原（SCR）消除技术是一种在富氧条件下能够高选择性消除NO _x 的技术。氢气选择催化还原氮氧化物（H₂-SCR）由于其低温高活性的优势备受关注。目前H₂-SCR研究中以Pt和Pd作活性组分催化剂使用较多,其中Pt基催化剂的研究最为广泛,本文介绍了催化剂载体类型、载体性质（如酸碱性、比表面积、孔道结构）、助剂和预处理方式等对催化活性的影响及影响机制,综述了反应条件参数（如反应气中O₂和NO₂浓度,杂质气体H₂O和SO₂）对催化剂催化活性的影响,认为反应气组分的影响在于各组分在催化剂上的竞争吸附以及对催化剂活性位的影响,最后展望了面向实际应用H₂-SCR技术未来的研究方向。     

燃煤烟气条件下锰铈基催化剂对邻二甲苯催化氧化

燃煤烟气中有机污染物的排放逐渐引起重视。锰铈（MnCe）基催化剂被认为是一种低温高效、低成本的可应用于燃煤烟气污染物脱除的催化剂。本文通过浸渍法制备了MnCe基催化剂，通过物理化学表征和烟气模拟台架实验，研究了MnCe基催化剂配比、反应工况、烟气复杂组分（H₂O、SO₂、NH₃、NO）以及典型污染物脱除过程（Hg⁰和NO催化转化）对催化脱除烟气中邻二甲苯行为的影响和规律。实验结果表明，Mn和Ce摩尔比为6∶4时催化剂脱除邻二甲苯效率良好。反应空速和MnCe负载量在低温下对催化脱除效率影响显著。烟气中H₂O、SO₂、NH₃、NO等组分对催化产生抑制作用，但抑制程度与作用机理具有显著差异。MnCe基催化剂对烟气SCR脱硝与Hg⁰催化氧化皆具有较高效率，且受烟气中邻二甲苯影响较小；但受SCR气氛与Hg⁰抑制，邻二甲苯催化脱除反应效率明显降低。     

Preparation of Necklace-Structured TiO2/SnO2 Hybrid Nanofibers and Their Photocatalytic Activity

TiO₂/SnO₂ nanonecklace-structured hybrid nanofibers have been prepared via an electrospinning method. These hybrid nanofibers are characterized with SnO₂-rich beads and pure TiO₂ chains. It is found that TiO₂ in the beads shows a rutile structure, and the one in the chains is entirely composed of anatase phase. This novel microstructure enhanced the photocatalytic activity, as well as its ideal recyclable character. We believe that this fire-new type of nanofiber may potentially serve as a new generation photocatalyst in environmental remediation.     

Construction of NiCo2O4 nanoflake arrays on cellulose-derived carbon nanofibers as a freestanding electrode for high-performance supercapacitors

Cellulose has a wide range of applications in many fields due to their naturally degradable and low-cost characteristics, but few studies can achieve cellulose-nanofibers by conventional electrospinning. Herein, we demonstrate that the freestanding cellulose-based carbon nanofibers are successfully obtained by a special design of electrospinning firstly, pre-oxidation and high-temperature carbonization (1600 °C), which display a superior electrical conductivity of 31.2 S·cm^–1 and larger specific surface area of 35.61 m²·g^–1 than that of the polyacrylonitrile-based carbon nanofibers (electrical conductivity of 18.5 S·cm^–1, specific surface area of 12 m²·g^–1). The NiCo₂O₄ nanoflake arrays are grown uniformly on the cellulose-based carbon nanofibers successfully by a facile one-step solvothermal and calcination method. The as-prepared cellulose-based carbon nanofibers/NiCo₂O₄ nanoflake arrays are directly used as electrodes to achieve a high specific capacitance of 1010 F·g^–1 at 1 A·g^–1 and a good cycling stability with 90.84% capacitance retention after 3000 times at 10 A·g^–1. Furthermore, the all-solid-state symmetric supercapacitors assembled from the cellulose-based carbon nanofibers/NiCo₂O₄ deliver a high energy density of 62 W·h·kg^–1 at a power density of 1200 W·kg^–1. Six all-solid-state symmetric supercapacitors in series can also power a ‘DHU’ logo consisted of 36 light emitting diodes, confirming that the cellulose-based carbon nanofiber is a promising carbon matrix material for energy storage devices.     

High Tc in Electrospun BaTiO3 Nanofibers

BaTiO₃ nanofibers were prepared by electrospinning. The morphology of synthesized BaTiO₃ nanofibers was investigated under different heat treatment conditions. The phase transformations in BaTiO₃ nanofibers were monitored using Raman spectroscopy. It has been found that the Curie temperature of BaTiO₃ nanofibers increased to 220°C, which is notably higher than the bulk BaTiO₃ ceramics.     

臭氧低温氧化烟气脱硝过程中的氮平衡试验研究

臭氧氧化污染物协同脱除技术利用臭氧的强氧化性,将烟气中溶解度较低的NO _x 、Hg、VOCs等多种污染物氧化为高价态或易溶解的形式,并结合尾部湿法喷淋系统实现污染物的同时脱除。由于其具有温度窗口低、脱硝效率高、反应速率快及改造难度小等优点,在工业锅炉、窑炉及非电行业得到广泛应用。但是在此过程中的污染物实际转化路径,尤其是氮氧化物的输入/输出平衡,目前还未有详细的验证试验支撑。因此本文针对典型臭氧氧化脱硝过程,对污染物脱除过程中的氮氧化物输入/输出平衡及氮元素流向进行了分析试验。试验结果表明,气相输入的NO经过臭氧氧化耦合湿法喷淋后逐渐转化为液相中硝酸根和亚硝酸根离子。在不同O₃/NO摩尔比下,气相氮元素的减少量均以液相中硝酸根及亚硝酸根的增加量存在,不存在其他含氮形式。同时,吸收浆液中硝酸盐及亚硝酸盐的转化率也与烟气中NO _x 脱除率相匹配。在NO/SO₂同时氧化条件下,调节O₃/NO摩尔比,结合湿法喷淋系统可以实现NO _x /SO₂的协同高效脱除,同时系统满足氮元素输入/输出平衡,为臭氧氧化污染物协同脱除技术的工程应用推广提供了依据。