纳米CaCO3增韧混凝土复合材料的制备及机理研究

以纳米CaCO₃作为掺杂填料,在普通硅酸盐水泥中掺入不同含量的纳米CaCO₃（0,2%,4%和6%）(质量分数),制备出了一系列纳米CaCO₃混凝土复合材料。对其晶格结构、微观形貌、孔隙分布、力学性能和抗碳化性能进行了分析表征,探讨了纳米CaCO₃增韧混凝土复合材料的机理。结果表明,适量纳米CaCO₃的掺杂,使混凝土复合材料的水化产物晶型更好、结晶度更高,表面变得更加致密化和均匀化,且有效降低了有害孔及多害孔的占比,提高了无害孔和少害孔的占比。当纳米CaCO₃的掺杂含量为4%（质量分数）时,混凝土复合材料表面的改善效果最好,碳化深度最低为5.91 mm,抗压强度和劈裂强度均达到了最大值,分别为37.92和2.37 MPa。综合可知,纳米CaCO₃的最佳掺杂比例为4%（质量分数）。     

纳米碳纤维增韧水泥基复合材料的力学性能和耐久性能研究

以普通硅酸盐水泥P.O 42.5为基体材料,不同掺杂量(0,0.4%,0.8%和1.2%(质量分数))的纳米碳纤维为增强相,制备了纳米碳纤维增韧水泥基复合材料,研究了纳米碳纤维的掺杂量对水泥基复合材料晶体结构、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,纳米碳纤维的掺杂在水泥基复合材料中未出现新的水化产物,但加速了水化反应的进行;纳米碳纤维的“连接”作用使水泥基复合材料的孔结构变得致密,裂纹和孔隙减少;随着纳米碳纤维掺杂量的增加,水泥基复合材料的抗压强度和抗折强度先增大后减小,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料28 d的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为82.4和13.1MPa;采用单面盐冻法对水泥基复合材料进行抗冻性能测试,发现纳米碳纤维的掺杂改善了水泥基复合材料的抗冻性能,当纳米碳纤维的掺杂量为0.8%(质量分数)时,水泥基复合材料在28次冻融循环后单位面积质量损失量最小为0.114 kg/m²。综合力学性能和耐久性能分析可知,纳米碳纤维的最佳掺量为0.8%(质量分数)。     

纳米TiO2/液体硅橡胶直流电缆附件绝缘复合材料的介电性能

高压直流电缆附件在电力系统运行中,由于复合绝缘电导率不匹配极易导致电场畸变引发绝缘故障。针对这一问题,采用直接共混法制备了不同掺杂浓度的纳米TiO₂/液体硅橡胶（LSR）复合材料,并对其微观形貌和介电性能进行了测试研究。结果表明:纳米TiO₂粒子在LSR基体中分散较均匀,随着TiO₂掺杂含量的增加,纳米TiO₂/LSR复合材料试样的相对介电常数和介质损耗因数增大。当纳米TiO₂粒子添加量为4wt%时,纳米TiO₂/LSR复合材料的电导率与电缆主绝缘交联聚乙烯（XLPE）的电导率近似相等,且随着电场强度的增大,两者的电导率变化趋势也基本一致。电声脉冲法（PEA）测量结果表明,添加4wt% TiO₂的纳米TiO₂/LSR复合材料内积聚的空间电荷最少。纳米TiO₂粒子的掺杂,提高了TiO₂/LSR复合材料电缆附件绝缘电导率对电场强度的响应依赖特性,使其能与XLPE绝缘电导率较好地匹配,同时一定程度地抑制了空间电荷的积累,有助于直流电缆附件内复合绝缘电场的均匀分布。      

光降解苯酚用RGO-TiO2纳米复合材料的制备及性能表征

通过改进的Hummers法制备了氧化石墨烯,用溶胶-凝胶法结合热处理工艺制备出了RGO-TiO₂纳米复合材料。研究了复合材料的晶体结构、微观形貌以及RGO掺杂量对复合材料催化性能的影响。结果表明,RGO-TiO₂纳米复合材料是标准的锐钛矿型,纳米TiO₂颗粒均匀分布在片层状石墨烯的表面,结合良好;红外分析表明,3%RGO-TiO₂纳米复合材料中石墨烯和TiO₂以化学结合的形式生成了稳定的Ti-O-C键;随着RGO掺杂量的增加,RGO-TiO₂纳米复合材料对苯酚的去除率先升高后降低,3%RGO-TiO₂纳米复合材料在12 h时去除率最高为93.9%,其中在pH值=3的酸性条件下12 h时刻对苯酚的去除率最高达到96.1%,去除率要明显高于中性和碱性环境。     

纳米碳纤维改性混凝土的力学性能及抗冻性能研究

纳米碳纤维凭借着高的抗拉强度和弹性模量，被广泛应用于水泥混凝土的增韧剂。通过在混凝土材料中掺入不同含量(0,0.3%,0.6%和0.9%(质量分数))的纳米碳纤维，研究了纳米碳纤维掺杂量对混凝土力学性能和抗冻性能的影响。结果表明，纳米碳纤维的掺杂未生成新的产物，但加速了水化反应的进行，增加了改性混凝土的结构致密性，减小了孔隙和缺陷的数量。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时，改性混凝土的形貌结构最佳。随着纳米碳纤维掺杂量的增加，改性混凝土的抗压强度、抗折强度和磨损量降低比率先增大后减小，单位面积的磨损量和80次冻融循环时刻的质量损失率先减小后增大。当纳米碳纤维的掺杂量为0.6%(质量分数)时，改性混凝土28 d的抗压强度和抗折强度达到最大值，分别为47.83和5.92 MPa,单位面积的磨损量最小为1.12%,磨损量降低比率最大为55.56%,80次冻融循环时刻的质量损失率最小为1.23%。综合各分析可知，纳米碳纤维的最佳掺杂量为0.6%(质量分数)。     

纳米TiO2填充改性PP的力学性能研究

为了进一步提高通用塑料PP (聚丙烯) 的力学性能,采用共混方法制备了经钛酸酯偶联剂NDZ-201处理的纳米TiO₂/PP复合材料,并通过对DSC熔融曲线的分析以及材料冲击破坏断口的形貌观察,研究了纳米TiO₂质量分数和钛酸酯NDZ-201用量对PP的增韧、增强效果的影响。试验结果表明:纳米TiO₂/PP复合材料的抗弯强度、抗弯模量和冲击强度随着纳米TiO₂含量的升高明显提高,当含量超过5% 时,力学性能增势趋缓,并且随着纳米粒子含量的增加力学性能出现下降的趋势;纳米TiO₂的加入提高了PP的结晶度,使PP结晶为较多细小的β晶,此外弥散分布的纳米TiO₂粒子显著增加了裂纹扩展阻力;在纳米TiO₂加入量一定的情况下,PP的力学性能与钛酸酯偶联剂NDZ-201用量呈近似抛物线的关系,当NDZ-201用量为2% 时对PP的增强增韧效果最显著。      

介孔电气石/TiO2复合材料的制备及其模拟太阳光光催化性能

采用一步溶胶-凝胶共缩合结合溶剂热合成技术制备出一系列介孔电气石/TiO₂复合材料,表征了复合材料的相结构、形貌、孔隙率、光吸收性质以及组成结构.结果表明:制备的电气石/TiO₂复合材料具有纯锐钛矿晶相、均匀的介孔结构、较大的比表面积(205~242 m²·g^-1)、均匀的孔径分布(3.4~3.8 nm)以及较低的带隙能(3.0 eV).在模拟太阳光照射下,电气石/TiO₂复合材料可以被成功地应用于水中有机污染物罗丹明B和诺氟沙星的降解.降解动力学研究表明:电气石的掺杂提高了TiO₂的光催化量子效率,降低了TiO₂的带隙能.对罗丹明B的降解,电气石掺杂量为1wt%~5wt%的电气石/TiO₂复合材料表现出比纯TiO₂更高的降解速率,对诺氟沙星的降解,电气石/TiO₂复合材料的降解速率高于纯TiO₂的.     

光降解苯酚用rGO/Mo@TiO2纳米复合材料的制备及性能表征

利用溶胶-凝胶法,制备了TiO₂和Mo@TiO₂纳米粒子。采用液相沉积法,将TiO₂和Mo@TiO₂纳米粒子沉积到GO上面,制备了rGO/TiO₂和rGO/Mo@TiO₂纳米复合材料。利用SEM、XRD、XPS、FT-IR和拉曼光谱分别对TiO₂、Mo@TiO₂、rGO/TiO₂和rGO/Mo@TiO₂样品的形貌、晶型结构、离子状态以及材料的复合情况进行了研究;利用紫外-可见分光光度计测定了样品的UV-Vis吸收光谱。结果表明,制备的所有样品中的TiO₂均为锐钛矿型,且GO大部分被还原成了rGO;Mo@TiO₂、rGO/TiO₂和rGO/Mo@TiO₂样品的UV-Vis吸收光谱谱带向可见光区域内明显移动,纳米复合材料可见光利用率得到明显提升;Mo和rGO的引入,使样品的Ti2p和Mo3d光谱强度降低,XPS光谱均发生了红移,从而导致TiO₂表面化学环境发生变化,特征峰向较高的结合能处偏移;SEM分析表明,rGO和TiO₂之间具有良好的相互作用,在rGO表面沉积Mo@TiO₂颗粒后,其形貌保持不变,形成了rGO/Mo@TiO₂纳米复合材料;rGO/Mo@TiO₂纳米复合材料的光催化活性最高,3 h对p-NP的降解率为84%,而TiO₂、rGO/TiO₂和Mo@TiO₂3 h对p-NP的降解率分别为26%,42%和61%。     

纳米TiO2对木纤维/聚丙烯复合材料抗紫外老化性能的影响

木塑复合材料作为室外建筑装饰材料时,暴露在紫外光的照射下,易老化导致其力学性能降低、使用寿命减少。将具有高效紫外线屏蔽能力的金红石型纳米TiO₂经硅烷偶联剂KH-570表面改性后,与木纤维(WF)、聚丙烯(PP)等制备了TiO₂-WF/PP复合材料。对TiO₂-WF/PP复合材料进行了人工加速紫外老化,并利用FTIR、TG、SEM、力学性能分析、颜色变化分析等手段,探究了纳米TiO₂对WF/PP复合材料抗紫外老化的影响。结果表明:改性纳米TiO₂粒子在WF/PP复合材料中均匀分散,无明显团聚,且其加入显著提高了复合材料的热稳定性;TiO₂-WF/PP复合材料随着老化时间的延长,力学性能下降相对较小且颜色变化较小。当纳米TiO₂的质量分数为2 wt%~3 wt%,老化2 000 h时后,TiO₂-WF/PP复合材料的拉伸强度、冲击强度仅分别下降10.0%和12.6%;未加入纳米TiO₂颗粒的WF/PP复合材料,则分别下降20.2%和22.6%。      

改性纳米TiO2的制备及光催化降解重金属废水的研究

以钛酸丁酯为钛源,硝酸铈为改性剂,通过溶胶-凝胶法制备了不同稀土Ce掺杂量(0,0.3%,0.6%和0.9%(摩尔分数))的改性纳米TiO2粒子。采用XRD、SEM、UV-Vis、PL和光催化测试等,研究了不同稀土Ce掺杂量对纳米TiO2粒子物相结构、微观形貌、光谱性能和光催化性能的影响。结果表明,制备出的纳米TiO₂粒子均为锐钛矿相,且结晶度较高;掺入稀土Ce后,纳米TiO₂粒子的形貌逐步变为规则的球形,晶粒得到了细化,当稀土Ce的掺杂量为0.6%(摩尔分数)时,TiO₂粒子的晶粒尺寸最为规则,分布最为均匀;稀土Ce掺杂的纳米TiO₂粒子的吸收边带发生了红移,吸收边带增大,稀土Ce的掺杂有效抑制了电子-空穴对的复合;稀土Ce改性纳米TiO₂粒子对重金属废水中Cr(Ⅵ)的降解效率得到了明显提高,当稀土Ce的掺杂量为0.6%(摩尔分数)时,纳米TiO₂在180 min时的降解效率最高为92.7%,相比纯纳米TiO₂的降解效率,提高了16...     

稀土La掺杂TiO2纳米纤维高响应光催化降解染料研究

为了提高TiO₂光催化性能,并研究金属离子掺杂对TiO₂光催化性能的影响,采用静电纺丝技术和煅烧工艺制备稀土元素La掺杂TiO₂无机纳米纤维膜,通过SEM、XRD、FT-IR、TG测试对材料的形貌、结构进行表征,以亚甲基蓝为靶向降解剂,进一步深入研究La³⁺改性TiO₂光催化氧化降解染料的机理。结果表明,当染料浓度为10 mg/L,La³⁺掺杂改性纳米TiO₂纤维的浓度为15 mg/10 mL条件下,催化10 min的降解率为63.41%,催化70 min的降解率即可达到99.87%,比未掺杂TiO₂纳米纤维的降解率提高了6.36%,可见,La³⁺的掺杂提高了TiO₂光催化降解速率,所需要的时间减少了。     

纳米级TiO2添加量对陶瓷膜支撑体性能的影响

以黄土、粉煤灰为基础骨料,纳米级TiO₂为烧结助剂,羧甲基纤维素（CMC）为粘结剂,通过挤压成型法和固态粒子烧结法制备陶瓷膜支撑体,对支撑体的纯水通量、耐酸碱腐蚀性能、抗折强度、显气孔率、晶相组成及表面形貌等进行表征,并探究纳米级TiO₂添加量对陶瓷膜支撑体性能的影响。结果表明,纳米级TiO₂的添加可促进支撑体的烧结与致密,在烧结温度为1050℃,纳米级TiO₂的添加量为5%时,支撑体抗折强度为2.874 MPa、纯水通量为2 667.94 L/（m²·h·MPa）、显气孔率为53.473%、酸碱腐蚀率为5.196%与0.354%。纳米级TiO₂作为烧结助剂可生产出性能优良的陶瓷膜支撑体。     

盐冻作用后风积沙混凝土孔结构对抗压强度影响的灰熵分析

为了研究盐冻环境下孔结构对风积沙混凝土抗压强度的影响，对不同风积沙掺量下的混凝土进行抗压强度和核磁共振孔结构试验。采用灰熵法分析孔结构特征参数对冻融循环后混凝土抗压强度的影响规律，在此基础上建立了不同冻融循环次数下孔结构参数和风积沙贡献率的复合型抗压强度模型。结果表明：混凝土的抗压强度和束缚流体饱和度随着冻融循环次数的增加逐渐降低，孔隙率和自由流体饱和度随着冻融循环次数的增加逐渐增大。30%以内风积沙掺入对混凝土的抗冻性能具有一定增强作用，20%的风积沙对混凝土抗盐冻后的抗压强度、孔隙率和束缚流体饱和度的抗损伤劣化提升效果最为明显。由灰熵分析可知，束缚流体饱和度和孔径小于10μm的孔体积占比与抗压强度的关联度较高。本研究建立了混凝土抗压强度与束缚流体饱和度、孔径小于10μm的孔体积占比和风积沙有效贡献率的抗压强度复合模型，模型拟合度较高。本研究可为风积沙混凝土在西北地区的推广提供理论基础。     

SiC对反应烧结多孔Al2TiO5的物相及组织性能影响

本研究以γ-AlOOH、TiO₂和SiC为原料, 通过无压反应烧结制备了Al₂TiO₅多孔材料, 分析比较了SiC粒度和含量对合成产物的物相组成、显微组织、抗压强度、孔隙率和孔径分布的影响。结果表明: 反应产物的物相组成为Al₂TiO₅、Al₆Si2O₁₃、TiC、SiO₂和Al₂O₃, 还有少量未反应的TiO₂。SiC与TiO₂反应生成TiC和SiO₂, TiC颗粒弥散分布于多孔材料壁面或者骨架中, 而SiO₂进一步与γ-AlOOH分解出的Al2O3反应生成Al₆Si₂O₁₃晶须, 晶须交错分布于Al₂TiO₅颗粒之间或者孔洞中, 与TiC颗粒一起提高复合材料的抗压强度, 特别是采用小粒径SiC时, 对抗压强度的改善效果更加显著; 添加大粒径SiC后, 改变原有颗粒堆积状态, 可提高复合材料的孔隙率。但当SiC含量超过5wt%时, 因为生成较多低熔点的SiO₂, 部分填充于多孔材料的孔隙中, 部分则分布于Al₂TiO₅晶粒之间, 既减小孔隙率, 又降低晶粒间结合强度和试样的抗压强度。     

纳米CaCO3改性聚氨酯复合材料的制备及性能研究

以纳米CaCO₃为增强材料,通过预聚体法制备了不同纳米CaCO₃掺杂的聚氨酯复合材料,研究了纳米CaCO₃改性聚氨酯复合材料的力学性能、微观形貌、磨损性能和热稳定性能。结果表明,纳米CaCO₃的掺杂没有改变聚氨酯的结构,但改善了复合材料的微观形貌和整体的均匀性,提升了复合材料的力学性能、磨损性能和热稳定性。随着纳米CaCO₃掺杂量的增加,改性聚氨酯复合材料的拉伸强度、断裂延伸率和残余量先升高后降低,磨损量先降低后升高。当纳米CaCO₃的掺杂量为3%(质量分数)时,复合材料的拉伸强度、断裂延伸率和残余量达到了最大值,分别为33.7 MPa、510.2%和4.4%,磨损量最低为50.1 mg。综合分析可知,纳米CaCO₃的最佳掺杂量为3%(质量分数)。     

Ag/TiO2纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。     

石墨烯/纳米TiO2复合材料的制备及其光催化性能

以氧化石墨烯（GO）和钛酸四丁酯（Ti（OBu）₄）作为初始反应物,采用乙醇溶剂热法合成了石墨烯/纳米TiO₂复合材料,并利用XRD、FE-SEM、TEM、RAMAN和XPS等手段对石墨烯/纳米TiO₂复合材料的晶体结构、形貌及元素形态等性质进行了表征,同时将复合材料应用于光催化降解甲基橙溶液,进行光催化性能评价。结果表明：Ti（OBu）₄在乙醇溶剂中通过化学静电引力吸附到GO表面,经过溶剂热反应,GO被还原成石墨烯的同时,石墨烯的表面负载生长锐钛矿TiO₂颗粒。随着溶剂热反应时间的延长,GO表面的活性基团减少,还原更加彻底,同时TiO₂晶粒有一定的增大趋势;与纯TiO₂相比,石墨烯/纳米TiO₂复合材料光催化活性明显提高,石墨烯含量对复合材料的光催化活性有直接的影响。     

环氧树脂改性水泥混凝土的制备及耐久性实验分析

针对水泥混凝土存在的抗折强度不足、耐久性能偏低等问题，以环氧树脂为掺杂相，制备了不同环氧树脂掺量(0%,3%,6%,9%(质量分数))的改性水泥混凝土，分析了环氧树脂对水泥混凝土力学性能、微观形貌、耐久性能的影响。结果表明，环氧树脂的掺杂加速了水化反应的进行，混凝土的裂纹和孔隙数量减少，致密度提高。混凝土的抗压强度和抗折强度均随环氧树脂掺杂量的增大而先增大后减小，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土在养护28 d时抗压强度和抗折强度分别达到最大值43.8和7.9 MPa,相比未掺杂环氧树脂的混凝土分别提高了18.70%和29.51%。随着环氧树脂掺杂量的增大，混凝土的氯离子扩散系数先降低后增高，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土养护28 d的氯离子扩散系数最低为7.7×10^-8 cm/s,抗氯离子腐蚀性能最佳。在冻融循环次数达到80次时，6%(质量分数)环氧树脂掺杂量的混凝土的质量损失率最低为-0.13%,相对动弹性模量最大为94.86%,磨损量最低为0.66 kg/m²,磨损量降低率达到46.77%,具有优异的耐久性能。     

氧化石墨烯改性混凝土的制备及其性能研究

在普通硅酸盐水泥P.O 42.5的基础上,采用掺杂量为0,0.03%,0.05%和0.07%(质量分数)的氧化石墨烯作为基体的增强相,制备了氧化石墨烯改性混凝土。测试了改性混凝土试样的孔隙率、力学性能、碳化性能和磨损性能,并对各指标的相关性进行了分析。结果表明,适量氧化石墨烯的掺杂促进了改性混凝土的水化反应,对水泥水化产物的结晶组成没有影响,且使水化产物尺寸得到细化,生成了更加规则的结晶化合物;随着氧化石墨烯掺杂量的升高,改性混凝土的孔隙率、碳化深度和磨损量均呈现出先降低后升高的趋势,而抗压强度和抗折强度表现出先升高后降低的趋势;当氧化石墨烯的掺杂量为0.05%(质量分数)时,孔隙率最低为27.53%,7和28 d的碳化深度均为最低值1.46和3.81 mm,磨损量为最低值1.24 kg/m²,28 d的抗拉强度和抗折强度均为最大值53.9和6.7 MPa。可知,当氧化石墨烯的掺杂量为0.05%(质量分数)时,改性混凝土的综合性能最佳。     

TiO2/石墨烯夹层结构复合材料的制备及光催化性能

以氧化石墨烯（GO）、1, 12-二氨基十二烷(C₁₂H₂₈N₂)、TiO₂溶胶为原料,通过预插层-离子交换-煅烧法制备TiO₂/石墨烯夹层结构纳米复合材料。采用XRD、Raman、FTIR、TEM、TG、UV-Vis和PL对TiO₂/石墨烯夹层结构纳米复合材料进行表征,并研究不同TiO₂含量的TiO₂/石墨烯纳米复合材料对环丙沙星（CIP）的光催化降解性能。在煅烧过程中,TiO₂的晶化和GO的还原同时进行。根据XRD和FTIR结果推断,TiO₂纳米颗粒在石墨烯层间原位生成,并通过化学键固定在石墨烯上,形成了石墨烯/TiO₂/石墨烯夹层结构。当TiO₂的质量分数为65.5wt%时,TiO₂/石墨烯复合材料表现出对环丙沙星最佳的光催化活性,150 min光照后降解率为90%高于纯TiO₂