煤基石墨烯及其复合材料研究进展

石墨烯作为一种新型的碳纳米材料,因其具有独特的力学、电学、光学特性,目前已成为材料领域的研究热点。与此同时,石墨烯复合材料的研究也迅速兴起。为了降低制备成本,越来越多的研究者正寻求更为廉价的制备方法。煤炭作为一种廉价的碳源,可以作为制备石墨烯的原料。笔者介绍了煤基石墨烯类材料的制备、应用情况,并对未来发展作出了展望。     

微纳米气液分散体系吸收脱除NO的工艺优化研究

以模拟烟气为气相,酸碱溶液、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液为液相,利用微纳米气泡发生器将模拟烟气和吸收液混合产生微纳米气液吸收脱除模拟烟气中的NO,探讨了进气NO体积分数、吸收液pH值、O_2含量、SDBS浓度和吸收液温度等对脱硝效率的影响。结果表明,脱硝效率随着进气NO体积分数和SDBS溶液浓度的增大而降低;随着吸收液pH的增大,先降低后缓慢增大;随着O_2含量的增大而增大;随着吸收液温度的上升先增大后减小。最佳工艺条件为:进气NO体积分数0.02%,吸收液pH值2.0,吸收液温度25℃,O_2含量8%。在最佳工艺条件下,NO吸收效率可达到87.8%。     

纳米碳酸钙改性聚丙烯大变形行为的研究

为了研究纳米碳酸钙改性聚丙烯(PP/nano-CaCO_3)在不同应变率下的大变形特性及相关机理,采用疲劳试验机(MTS)结合数字图像相关技术(DIC)对该种材料在不同拉伸速率下进行单项拉伸试验,并用有限元对其进行数值模拟,得出了不同变形程度的试验结果。之后采用电镜扫描(SEM)对不同变形程度的试件表面进行分析。结果表明:PP/nano-CaCO_3在不同拉伸速率下的应力-应变可分为线弹性阶段、屈服阶段、软化颈缩阶段及应力稳定阶段。其中,线弹性阶段、屈服阶段及峰值应力基本不受拉伸速率的影响,应力稳定阶段的稳定应力随着拉伸速率的增大而减小,测试试件的延展率超过300%后仍可继续拉伸延长。电镜扫描发现:随着变形量的增大,试件表面的纹理及皱褶凸起也增大。总的来说,PP/nano-CaCO_3相比纯PP具有更好的应力-应变稳定性、延展性及柔软度,在抗冲击及承载结构件中具有很好的应用前景。     

氧化石墨烯覆盖电极的双紫外光离子化传感器

对光离子传感器的结构进行了优化研究,针对光离子化传感器灯面残留物干扰问题采取了自清洁双紫外灯式传感器的新型结构,同时利用有限元法对传感器气流场进行仿真实验。通过对仿真实验的结果进行分析,对微型传感器进行了进一步的气路优化,并最终确定选择轴向流动结构的电离室。采取新型纳米材料氧化石墨烯对传感器的收集极板进行表面修饰,改善了光离子化传感器的气敏特性,提高了灵敏度。通过实验分析,详细阐述了传感器的各项性能指标,测定传感器针对甲苯的最低检测限为2.5×10~(-7),并对线性度响应进行了分析,线性相关系数达到了0.993,通过实验验证了双紫外传感器对整体气敏特性的提升,为可挥发性有机物(VOC)气体检测提供了理想的检测单元。     

调制协同法制备纳米MIL-53(Al)材料

以硝酸铝和对苯二甲酸为反应物,采用水热合成法制备MIL-53(Al),并采用调制协同法,分别以甲酸钠和三乙胺为添加剂,利用其去质子化和结构封端剂的协同作用对晶体尺寸和形貌进行调控。通过适量甲酸钠的添加成功制备了粒径均匀的纳米晶,且该材料具有很高的热稳定性和高比表面积。     

羧基含氟聚合物纳米纤维膜的制备及对铜(II)的吸附性能

以甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHMA)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,通过溶液聚合法制备出共聚物DFHMA-co-MAA,将DFHMA-co-MAA与聚偏氟乙烯(PVDF)按一定质量共混,采用静电纺丝方法,制备出羧基含氟聚合物(PVDF-DM)纳米纤维膜,用以吸附溶液中Cu(II)。讨论了PVDF和DFHMA-co-MAA的质量配比对纤维微观形貌和对Cu(II)吸附性能的影响,得出当PVDF与DFHMA-co-MAA的质量比为1∶2时,纤维的微观直径较均一且吸附性能最佳,故实验采用该质量配比制备PVDF-DM。使用红外光谱对PVDF-DM进行表征,显示出PVDF-DM纤维膜中含有—OH和C＝O等活性吸附基团。以PVDF-DM纳米纤维膜为吸附剂,探讨了吸附剂用量、吸附pH值和吸附时间对Cu(II)吸附性能的影响,并研究了吸附过程的动力学模型。结果表明,室温下,当吸附剂用量为0.03g,pH=5时,吸附60min达到吸附平衡,吸附率和吸附量分别为94.37%和62.91mg/g,PVDF-DM纳米纤维膜对Cu(II)的吸附过程同时满足拟一级动力学和拟二级动力学模型,说明该吸附过程包含了化学吸附和物理吸附。PVDF-DM纳米纤维膜循环使用5次后,吸附能力仅降低16.23%,说明PVDF-DM纳米纤维膜具有很好的再生使用能力。     

石墨烯纳米片增强纯钛基体复合材料的制备及界面分析

运用真空热压烧结法制备石墨烯纳米片(GNP)增强纯钛轻质结构材料。采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等手段对制备得到的粉体和块状样品的微观组织结构进行了分析。对添加不同石墨烯纳米片含量的烧结样品进行了密度测试和拉伸测试。研究工作集中关注了GNPs在钛基体中的分散和GNP与钛基体的界面结合情况。结果表明,GNP与钛基体的界面分界清晰,形成Ti/TiC_x/GNP连续结构,界面处有少量TiC_x生成外,大部分GNP依然以其纳米结构存在。