炭纤维生物膜的形成机制Ⅰ. 炭纤维表面特性对微生物固着化的影响

采用对比方法,借助化学分析、表面形态分析及生物相容性表征技术等系统地研究了以活性炭纤维、表面改性活性炭纤维作为细胞固着化载体的表面特性及对微生物固着的影响.重点考察了纤维表面官能团、比表面积、润湿性等表面特性对微生物固着化的影响.研究结果表明:(1)炭纤维表面的吸附特性对微生物的初期固着起着重要的作用,具有高比表面积的活性炭纤维更易于微生物固着并挂膜.(2)炭纤维表面润湿性与某些酸性官能团的适量增加,有益于载体表面微生物的固着.(3)炭纤维尤其是活性炭纤维较市售有机高分子材料具有更加优异的生物相容性,前者的微生物固着化速率是后者的4倍～16倍.     

炭纤维生物膜的形成机制——I、炭纤维表面特性对微生物固着化的影响

采用对比方法，借助化学分析、表面形态分析及生物相容性表征技术等系统地研究了以活性炭纤维、表面改性活性炭纤维作为细胞固着化载体的表面特性及对微物固着的影响。重点考察了纤维表面官能团、比表面积、润湿性等表面特性对微生物固着化的影响。研究结果表明：（1）炭纤维表面的吸附特性对微生物的初期固着起着重要的作用，具有高比表面积的活性炭纤维更易于微生物固着并挂膜。（2）炭纤维表面润湿性与某些酸性官能团的适量增加，有益于载体表面微生物的固着。（3）炭纤维尤其是活性炭纤维较市售有机高分子材料具有更加优异的生物相容性，前者的微生物固着化速率是后者的4倍－16倍。     

玄武岩纤维表面改性对生物膜附着性能的影响

采用壳聚糖对玄武岩纤维(BF)进行表面改性处理,研究改性后玄武岩纤维对生物膜附着性能的影响。利用红外光谱、X射线光电子谱仪、扫描电镜等对改性前后玄武岩纤维的表面官能团、成分和形貌进行表征分析,通过接触角测量仪对样品的亲水性进行研究,最后通过挂膜实验,讨论生物膜在改性前后玄武岩纤维上的附着性能。结果表明:采用物理涂覆法可成功制备改性玄武岩纤维(MBF),所制得的MBF表面粗糙度为209.04nm,接触角为66.62°。MBF表面形成的生物膜均匀致密,生物膜附着量明显增大,挂膜率由(129.27±1.23)%增加至(179.92±2.63)%,说明壳聚糖改性玄武岩纤维可以有效提升生物膜的附着性能。     

炭化对沥青基炭纤维活化性能的影响

以沥青基炭纤维(PCF)为原料,H2O、CO2为活化剂,采用直接活化和炭化-活化两种不同工艺制备活性炭纤维。经对比发现,采用炭化-活化法制备的沥青基活性炭纤维(PACF)在比表面积、吸附性能和收率等方面均比直接活化法制备的PACF有明显提高。     

碱金属盐对黏胶基活性炭纤维表面大孔形成的影响

以黏胶纤维为原料,用碱金属盐和路易斯酸对其进行预处理,经化学活化与水蒸气活化,制得了大孔型活性炭纤维(ACF).采用扫描电镜(SEM)和BET等温吸附法分别对ACF表面微观结构和材料的吸附性能进行了对比表征,着重研究了碱金属盐浓度与浸渍时间的关联.结果表明:通过控制添加碱金属盐的浓度和浸渍时间,可以控制活性炭纤维表面的孔径大小及其分布,制备出表面既富含大孔(孔径>50nm)也有丰富微孔(孔径<2nm)的新型复合孔型ACF,该材料具有较高的比表面积.     

活性炭表面特性对去除苯性能的影响

以6种性质不同的活性炭为对象,研究其表面特性对苯去除能力的影响。该实验以含苯空气为研究对象,在固定床U形反应器中进行吸附苯的实验。通过比表面积、孔径分布和表面官能团等表面特性分析,研究活性炭特性对去除苯性能的影响。实验结果表明:对不同材质活性炭,微孔结构发达有利于苯的去除,酚羟基有利于活性炭的吸附行为。对于3种椰壳活性炭,比表面积越大苯的去除效果越好,大孔对苯的去除性能没有影响。     

生物炭纤维的形成机制（Ⅱ）——PAN基热氧稳定化纤维的炭化与活化研究

以聚丙烯腈共聚纤维制取了生物炭纤维（BCF）。考察了炭化活化过程中活化剂、热处理参数对BCF结构、性能的作用以及纤维序态结构、化学结构与生物炭纤维吸附特性、力学性能、电性能间的内在关联。研究结果表明：1）醋酸可作为活化剂，用于制备综合性能优异的BCF。2）BCF收率、力学性能、吸附特性、电性能等综合性能的变化与热处理温度、时间、活化剂的变化密切相关。3）BCF的化学组成，直径、取向度、微晶尺寸等形态、序态结构参数与BCF力学性能、吸附特性等使用性能的优劣具有密切关联，且均在500℃和活化前后出现不同的变化速率。重点控制这两个区域纤维结构变化速率有益于改善BCF的综合性能。     

炭纤维表面物理特性的表征及其对浸润性能的影响

采用反气相色谱法对除浆前后T300B炭纤维的比表面积、溶解度参数和表面能进行了表征测试,分析了炭纤维表面物理特性对纤维和树脂浸润性能的影响。以一系列不同浓度的正庚烷为吸附质,根据BET吸附理论模型,计算得到除浆前后T300B纤维的比表面积分别为0.43m2/g和0.39m2/g。以正癸烷、正壬烷、正辛烷和正庚烷为非极性溶剂探针,甲苯、二氯甲烷、乙醇、1,4-二氧六环和丙酮为极性溶剂探针,采用DiPaola和Guillet方法得到不同探针分子与纤维表面的Flory-Huggins相互作用参数,计算除浆前后T300B的溶解度参数(δ)分别为11.98MPa1/2和10.01MPa1/2。T300B纤维的上浆剂可以增大纤维表面能的极性分量,使上浆纤维的溶解度参数与E51环氧树脂的δ(11.78MPa1/2)更为接近,提高了T300B纤维与树脂的浸润性能。     

原丝浸渍硼酸对炭纤维结构与性能的影响

聚丙烯腈原丝(3K,1.1dtex)用硼酸进行浸渍,再分别进行间歇式预氧化和炭化。借助元素分析、X射线衍射、红外分析和扫描电镜等表征手段和力学性能测试,研究了硼酸浸渍对原丝结构、预氧化炭化过程及炭纤维结构与性能的影响。结果表明,硼能进入到原丝的内部,但只是物理吸附,在浸渍过程中不改变原丝结构,在预氧化过程,硼钝化了纤维的环化、氧化反应,起始温度推迟2.5℃。在炭化过程中,硼促进了纤维结构的有序化和完善,炭纤维的强度和模量都得到了提高。硼质量分数为1.376×10-4,张力为108 g时,炭纤维抗拉强度为2544 MPa,较同等条件未渗硼的提高约90%。     

生物膜对金属材料腐蚀性能影响的研究进展(上)

综述了生物膜对金属材料腐蚀的影响,内容包括:1)生物膜的形成;2)生物膜对材料腐蚀的影响;3)生物膜对阴极保护系统的影响;4)海洋极端微生物相关的腐蚀;5)微生物对航空、航天某些系统的影响;6)研究微生物腐蚀所采用的方法等。微生物相关的腐蚀在实际工程中对材料及设备的影响很大,因此,有必要深入开展研究并积极地采取防护措施。     

生物膜对金属材料腐蚀性能影响的研究进展(下)

综述了生物膜对金属材料腐蚀行为的影响,内容包括:海洋极端微生物相关的腐蚀,微生物对航空、航天某些系统的影响以及研究微生物腐蚀所采用的方法等。     

炭表面改性对负载型TiO_2/活性炭复合光催化剂性能的影响

采用HNO3、H2O2和O3对商品活性炭进行表面改性处理,考察了改性处理对活性炭表面基团、负载TiO2以及所形成的TiO2/活性炭复合光催化剂性能的影响。利用傅里叶红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)及氮气吸附等手段对材料进行了表征。结果表明,3种改性方法均可有效提高活性炭载体表面的含氧官能团数量,但是对活性炭的比表面积和孔容影响不大;H2O2和O3对活性炭载体改性后可以提高对钛前驱体的吸附性能,HNO3改性有利于TiO2颗粒在活性炭表面的分散。使用改性后的活性炭作为载体制备的TiO2/活性炭光催化降解甲基橙的性能均高于未改性的TiO2/活性炭催化剂,其中以HNO3改性后的TiO2/活性炭活性最高。     

油田污水中碳钢表面生物膜的生长监测与控制

金属表面硫酸盐还原菌微生物膜内的反应影响金属腐蚀的机理和速度,杀灭膜内微生物是控制微生物膜腐蚀金属的重要措施。采用丝束电极技术,研究了油田污水中生物膜在Q345碳钢表面的生长规律;通过投加3种杀菌剂来灭杀生物膜内细菌,并对其杀菌效果进行了比较,获得了杀菌剂对细菌的抑制周期及最低有效浓度。结果表明:油田污水中微生物首先在Q345碳钢表面大量附着、生长,至216 h时生长完整,至360 h时开始脱落;生物膜对Q345钢的腐蚀呈现不均匀性,微生物的存在可在局部范围内降低Q345碳钢表面的腐蚀电流密度,但有促进其腐蚀的倾向;杀菌剂HGY-B1的杀菌效果优于KD-24及LC-3,投添加量为300 mg/L时,对生物膜内细菌抑制周期可达8 d,最低杀菌浓度为40 mg/L。     

高温热处理对活性炭纤维微孔及表面性能的影响

研究了1173K高温改性处理对沥青基活性炭纤维吸附性能、孔径分布、微孔结构和表面化学的影响。低温(77K)N2吸附结果表明热处理后活性炭纤维比表面积略有下降，通过密度函数理论解析活性炭纤维全孔范围的孔分布得出活性炭纤维表面孔径大于1．0nm的微孔明显减少，微孔孔径更加集中于0．5nm～1．0nm，从而提高了活性炭纤维的碘吸附值。X射线衍射分析表明活性炭纤维是乱层石墨结构，热处理使活性炭纤维类石墨微晶碳层面的层间距下降，X光电子能谱分析表明热处理后活性炭纤维表面的含氧官能团C=O和COOH的含量变化不大，而呈碱性酚羟基C—OH含量的明显下降使活性炭纤维表面碱性降低。     

炭纤维表面氧化处理对其力学性能的影响

对炭纤维进行表面氧化处理不仅可以改善纤维增强复合材料的界面状况,而且可以改善纤维自身的力学性能.TX-3和HTA纤维的液相(HNO3、H2O2)和电化学表面氧化处理的结果表明,在氧化处理的不同阶段,纤维的抗拉强度和弹性模量表现出不同的升降规律,从纤维表面特性的角度对这一现象的原因进行了解释.电化学表面氧化处理时,电解质的浓度和氧化电流对炭纤维的抗拉强度和弹性模量有显著影响.     

碳纤维表面特性对兼性及厌氧微生物固着的影响

聚丙烯腈(PAN)基碳纤维表面含氧官能团的种类和数量对固着在碳纤维表面的兼性反硝化菌平均生物膜的厚度有显著的作用,含氧官能团的数量过多或过少都影响碳纤维表面反硝化菌的固着通过对碳纤维的处理获得适量的表面含氧官能团和平衡含水率,可有效地改善碳纤维表面兼性反硝化菌的固着化行为,有助于使碳纤维表面的反硝化生物膜附着量达到最大值.处于同一水平平衡含水率的碳纤维比有机高分子载体对厌氧甲烷菌的固着能力强;同时,随着表面N、O元素含量的增加,平衡含水率增高,碳纤维载体对厌氧甲烷菌的固着能力减弱.高温空气氧化的PAN基高强度碳纤维是一种生物相容性好、固着化程度高、再生能力强、耐微生物分解和化学腐蚀的优异反硝化菌新型固着化载体,而未经表面处理的PAN基高强度碳纤维则是厌氧甲烷菌优异的固着化载体.     

电源模式对镁合金微弧氧化生物膜层性能的影响

目前对不同电源模式下微弧氧化制备生物膜层的研究较少。为此,采用全阶段恒压、全阶段恒流、恒压-恒流、恒流-恒压4种电源模式在ZK60镁合金基体表面制备微弧氧化生物膜层,实时记录并分析了不同电源模式下反应过程中电压/电流随时间的变化情况,并采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)及共聚焦显微镜等手段考察了不同电源模式下获得的微弧氧化生物膜层的物相、膜层微观组织结构、膜层元素分布、膜层表面粗糙度及膜层表面接触角等。结果表明：4种模式下制备的微弧氧化膜层物相为Mg、MgO及Ca₃(PO₄)₂等钙磷产物。但电源模式不同,膜层厚度及耐蚀性能均不同。由于后期击穿力不足,恒压模式下制备的生物膜层厚度最小,远小于其他3种电源模式下制得的膜层的,该模式下制得的微弧氧化生物膜层粗糙度也最小。恒流模式由于后期能量过高导致部分膜层脱落,膜层质量较差。恒压-恒流模式则避免了单一恒压和单一恒流模式的缺陷,该复合模式下制备的膜层与其他电源模式下制备的膜层相比,具有微观形貌均匀致密的特点,厚度较大,约为55μm。电化学测试显示,该...     

上浆剂对炭纤维表面和环氧树脂复合材料的影响

采用两种上浆剂对聚丙烯腈(PAN)基炭纤维进行表面上浆,利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线元素分析(XPS)和反向气相色谱(IGC)研究了未上浆、上浆炭纤维的表面形貌、化学组成及纤维表面能,测试了未上浆和上浆炭纤维所制备复合材料的层间剪切强度(ILSS)并用SEM观察其断面形貌。结果表明,上浆后炭纤维表面变平滑,纤维表面n(O)/n(C)明显提高,含氧官能团(羟基、羧基)增加,炭纤维表面能降低。上浆后,复合材料的ILLS有所提高。     

炭纤维表面接枝碳纳米管对复合材料界面性能的影响

采用聚酰胺-胺(PAMAM)树状分子化学修饰方法制备碳纳米管接枝炭纤维(CF-PAMAM-CNTs)新型增强体。利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对接枝前后CF表面官能团和表面形貌进行表征;利用接触角测量、单丝拉伸方法研究了接枝前后纤维单丝的润湿性能及拉伸强度,并通过微脱黏法分析了其复合材料的界面剪切强度,同时探索了CNTs的最佳接枝量。结果表明,当CNTs接枝量为15%时,CF表面粗糙度提高了180%,表面能提高了300%,拉伸强度提高了22%,复合材料的界面剪切强度提高了178%,这表明CNTs接枝有利于改善CF复合材料的界面性能。     

溶液特性对聚丙烯腈初生纤维凝聚态形成的影响

运用流变仪表征溶液特性,通过调节单因素凝固牵伸倍数制备不同聚丙烯腈(PAN)溶液的初生纤维,并结合X射线衍射、傅里叶变换红外、热机械分析仪对其进行分析研究。结果表明,凝固相分离过程中,溶液特性(即分子链运动能力)影响着初生纤维凝聚态的形成,相同外场下,分子链运动能力强的溶液形成的初生纤维凝聚态结构更规整,内部分子链类螺旋构象含量和结晶度均较高;溶液特性对凝聚态的作用程度会受到凝固牵伸倍数的影响,但改变凝固牵伸倍数不会改变此作用规律。