Al2O3/SiC纳米复相陶瓷断裂韧性的研究

采用平均粒径为20 nm和150 nm的SiC粉作为增强相，基体粉为亚微米的Al₂O₃粉(美国)，在1 550～1 750 ℃无压烧结，制备了Al₂O₃/SiC纳米复相陶瓷并对其显微结构和断裂韧性之间的关系进行了研究.结果表明，当采用20 nm SiC粉作为强化相，加入量为3%时，断裂韧性从3.0 MPa·m^1/2提高到6.67 MPa·m^1/2，增加122.5%，材料的相对密度达到98.7%以上.利用SEM观察其显微组织，发现组织中若干个细小的晶粒组成一个单元体，单元体内各晶粒之间结合牢固，这种微观结构有利于Al₂O₃/SiC纳米复相陶瓷韧性的提高.而细晶增韧是重要增韧机理之一.     

Al2O3/SiC纳米复合陶瓷中SiC粉料的氧化现象

为验证在空气环境中，烧结Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷过程是否出现纳米SiC粉料的氧化现象，以及氧化后纳米陶瓷性能的变化规律，分别采用了常压氩气保护烧结和常压空气环境中烧结两种工艺，制备了Al₂O₃/SiC纳米复合陶瓷.经检测，前者性能优异，其相对密度为9882%，抗弯强度为489 MPa，断裂韧性达6.67 MPa·m^1/2；而后者性能大幅度降低，经x-ray检测发现，烧结后样品中SiC衍射峰消失，即纳米SiC严重氧化；同时发现随纳米SiC粒径的减小及含量增加，氧化现象加剧，性能更加变差.借助断口的SEM图像对烧结过程SiC粉料氧化机理进行分析，发现：碳化硅已经分解为CO₂和SiO₂，前者以气体形式挥发并在陶瓷体内留下气孔，而后者以玻璃相形态存在于晶界中.     

ZnFe_2O_4-α-Fe_2O_3/SiC泡沫结构催化剂的制备和丁烯氧化脱氢性能

以柠檬酸-硝酸盐作为粘结剂用浆料涂覆法制备出ZnFe_2O_4-α-Fe_2O_3/SiC泡沫结构催化剂,使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和N_2气吸附仪等手段表征其物相组成、形貌和结构,研究了柠檬酸-硝酸盐浓度和涂层负载量对结构催化剂涂层形貌、孔结构以及1-丁烯氧化脱氢性能的影响。结果表明,柠檬酸-硝酸盐对活性组分物相组成和比例没有影响;制得的结构催化剂涂层紧凑、平整,且具有较宽的介孔孔径分布;柠檬酸-硝酸盐的浓度和最可几孔径尺寸对结构催化剂性能的影响不大。随着涂层负载量的增加结构催化剂的比表面积逐渐增大,氧化脱氢性能逐渐提高。当涂层的负载量达到0.2 g/mL、丁烯体积空速为300 h~(-1)时丁烯转化率和丁二烯选择性分别达到86%和91%,明显高于颗粒催化剂,表现出优异的氧化脱氢性能。     

泡沫碳化硅的制备及应用

对"泡沫碳化硅基结构催化剂的设计、制备及应用关键技术"的研究过程及所取得的成果进行了综述,介绍了泡沫碳化硅的制备、性能、活性涂层涂覆、规整填料等多方面的工作,并将所得到的泡沫碳化硅结构催化剂在不同的化学反应中进行应用考察。与颗粒催化剂等传统的催化剂进行比较,泡沫碳化硅结构催化剂传热和传质能力强,结构可设计性高。     

在泡沫碳化硅载体上自转化合成silicalite-1型沸石晶体

以泡沫碳化硅载体内的残余硅为硅源,在泡沫碳化硅载体上自转化合成silicalite-1型沸石晶体.用残余硅含量为16.7%的泡沫碳化硅作为载体,町制备出负载均匀、耐热性好,抗热冲击、比表面积为36 m2g-1的silicalite-1型沸石晶体/泡沫碳化硅复合材料.研究了泡沫碳化硅载体的残余硅含量和水热合成溶液的组成等因素对沸石晶体的自转化合成及其形貌的影响.结果表明,泡沫碳化硅载体中的残余硅含量是影响沸石晶体层结晶的关键因素.当载体中硅的含量过低时,溶液中的硅酸根浓度过低,不具备形成沸石晶体的条件;而当载体中硅的含量过高时,溶液中的硅酸根浓度过高,沸石晶体优先在残余硅的表面形核,随着这些硅的溶解,在其上形成的沸石晶体也随之脱落.增加模板剂的含量可促进沸石晶体形核,从而使沸石晶体的尺寸变小.     

微波协同氧化锆@碳纳米管强化果糖制5-羟甲基糠醛

糖类催化转化是生产生物质基燃料和高附加值化学品的重要途径,而微波能量的使用可使这一过程更具商业可行性。本文探究了微波辐射下微波响应型催化剂碳纳米管负载氧化锆［ZrO₂/MWCNTs(C)］催化的果糖高效分解制5-羟甲基糠醛（5-HMF）过程。首先,采用水热法制备了性能优异的氧化锆@碳纳米管催化剂,并对其进行表征;进一步考察了催化剂用量、果糖浓度、反应温度和反应时间对反应产物5-HMF收率的影响,并通过调节各组分在反应过程中的实际含量,探究微波强化的作用机理。研究结果表明在相对温和的条件下（120℃、常压）,微波辐射下的5-HMF收率（约74%）远高于常规加热条件下的5-HMF收率（约31%）;采用最佳ZrO₂60/CNTs用量（ZrO₂质量分数约为60%）,微波场中,140℃常压条件下反应10min,可以实现约98%的果糖转化率和92%的5-HMF收率。通过探究载体吸波性能与活性位点催化性能之间的耦合匹配关系,揭示了微波协同催化过程强化机理归因于具有强吸波性能碳质载体的选择性加热和活性位点ZrO₂之间的协同耦合作用。     

ZrO2粉料在Al2O3-SiC纳米复合陶瓷中的作用

采用不同粒径的ZrO₂粉料增强增韧Al₂O₃-SiC纳米复合陶瓷，利用无压烧结制备出了致密的Al₂O₃-ZrO₂(3Y)-SiC纳米复合陶瓷.对不同粒径的ZrO₂粉料在Al₂O₃-SiC纳米复合陶瓷中所起的作用进行了研究，结论为ZrO2粉料的粒径是影响烧结温度的重要因素，添加纳米级的ZrO₂可以降低烧结温度100 ℃以上.断裂表面的SEM图像表明：穿晶断裂是Al₂O₃-ZrO₂-SiC纳米复合陶瓷的主要断裂模式，这是所制备纳米复相陶瓷抗热震性大幅提高的主要原因.     

泡沫碳化硅陶瓷表面原位合成Silicalite-1沸石的研究

采用泡沫碳化硅陶瓷作为载体,在其表面制备沸石分子筛涂层.首先,通过聚氨酯泡沫热解结合可控熔渗反应烧结制备泡沫碳化硅陶瓷. 然后通过原位水热合成法在泡沫碳化硅陶瓷表面制备Silicalite-1沸石涂层. 沸石涂层和泡沫碳化硅载体所组成的复合材料具有独特的微孔/大孔结构,高的比表面积和界面结合强度.这种材料将会在催化、吸附/分离领域有广泛的应用前景.     

在泡沫碳化硅载体上原位生长silicalite-1型沸石晶体

以多晶硅颗粒为硅源, 在泡沫碳化硅载体上原位水热合成silicalite--1型沸石晶体。研究了硅颗粒加入量、NaOH浓度以及合成时间等因素对沸石晶体的负载量、晶体尺寸和沸石晶体/泡沫碳化硅复合材料比表面积的影响。结果表明,
以多晶硅颗粒为硅源控制硅酸根的释放速度, 使沸石晶体在碳化硅载体表面异质界面形核, 从而实现沸石晶体在泡沫碳化硅载体表面的连续生长; 当多晶硅量过少时, 溶液中的硅酸根浓度过低, 不能在载体表面形成连续生长的沸石层;
而当多晶硅量过大时, 溶液中硅的浓度过高, 部分沸石晶体在溶液当中形核, 使沸石晶体在载体表面的负载量下降; 提高溶液中NaOH的浓度, 加快硅的溶解, 使溶液中硅的饱和浓度升高, 沸石晶体的形核率也随之升高, 使沸石晶体的负载量增加。在最优条件下制备的silicalite--1/泡沫碳化硅复合材料其沸石晶体的比表面积为81.28 m²g^-1。     

多孔泡沫材料对二元体系气液相平衡的影响

多孔泡沫材料作为新型气液传质元件已被证明对精馏过程具有强化作用,但其强化作用的关键机制尚不清晰而亟待研究。已有研究从流体力学方面阐述多孔泡沫材料对气液传质的强化机理,多孔泡沫材料对热力学性能方面是否存在影响仍缺乏定论。本文设计了泡沫碳化硅对二元体系气液相平衡影响的实验,通过动态法的气液双循环相平衡釜装置测定了泡沫碳化硅以及刻蚀形成表面微孔的泡沫碳化硅存在时乙醇/乙酸乙酯、乙醇/环己烷二元体系的气液相平衡数据,旨在基于不同孔径的泡沫碳化硅构造曲率气液界面的理论探究多孔泡沫材料孔径大小对气液相平衡的影响。本文实验中多孔泡沫碳化硅材料对乙醇/乙酸乙酯、乙醇/环己烷体系的气液相平衡的影响在气液相图上的体现不明显,通过对实验过程与结果进行分析,反思了多孔材料下的气液相平衡实验存在的问题,并在现有实验技术条件下探究了泡沫碳化硅对气液组成的影响,进而对未来在多孔泡沫材料对二元体系气液相平衡影响的深入研究提出了建议与方向。