单分散SiO2无孔微球比表面积标准物质的研制

提出一种新型比表面积标准物质的研究思路,即用无孔的单分散SiO₂微球作为比表面积标准物质的材料,它的“真实”比表面积可以通过对其粒径的准确测量,用几何的方法计算出来。这种比表面积标准物质的研制首先要进行单分散SiO₂微球的批量合成;其次是对SiO₂微球进行表面修饰使其表面无孔;再次是对封孔后SiO₂微球的特征尺寸（如粒径、密度）进行测定;最后是进行比表面积的计算和BET测定。实验结果表明：经1000℃灼烧 3h可使SiO₂微球基本不含微孔。采用BET法测量的BET比表面积比它的理论计算比表面积值大,粒径为1150nm、453nm和269nm的SiO₂微球的BET比表面积比它们的理论计算比表面积分别大1.2m²·g^-1、 2.0 m²·g^-1和3.6 m²·g^-1。在这种情况下,计算比表面积值可以作为这类标准物质定值的参考数据。     

熔盐法从铁尾矿中制取高纯白炭黑

以铁尾矿和NaOH为原料、NaNO₃为熔盐,在500℃下煅烧3 h,使铁尾矿中的惰性SiO₂转变成活性的硅酸钠相。以浸取硅酸钠溶液作为硅源,利用化学沉淀法成功制备了无定形白炭黑。用X射线衍射仪、红外光谱仪、透射电镜和X射线荧光光谱仪对制取白炭黑的物相结构、粒度形貌和成分含量进行分析。结果表明：白炭黑产品中的SiO₂纯度为99.3%,化学结构为无定形的水合二氧化硅,形貌近似为球状粒子,粒径在100 nm左右。白炭黑的比表面积 (BET)为152 m² •g^-1。     

原料中添加天然黏土室温合成介孔分子筛

室温条件下以天然黏土、硅酸钠和氯化铝为原料,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂合成介孔分子筛。用XRD,TEM,FT-IR和N₂物理吸附等手段对所合成的样品进行表征。结果表明：室温条件下添加天然黏土成功合成出介孔分子筛,其比表面积为902 m²·g^-1,平均孔径为3.97 nm。经750℃下焙烧3 h后,样品的比表面积降低,但介孔结构依然存在。在100℃下水热处理15 d后比表面积为776.78 m²·g^-1,平均孔径为4.34 nm,表明添加天然黏土室温下合成出的介孔分子筛具有高的热稳定性和水热稳定性。     

H2O2沉淀铝酸钠溶液法制备大孔容纳米γ-Al2O3纤维粒子

采用H₂O₂沉淀铝酸钠溶液和乙醇分散并洗涤沉淀相结合的方式成功地制备出了大孔容纳米γ-Al₂O₃纤维.运用XRD、FT-IR、TG-DSC、TEM、BET和压汞法对比研究了水洗和乙醇分散并洗涤两种沉淀处理方式对产物结构、形貌和织构性质的影响.结果表明,乙醇洗涤产物γ-Al₂O₃纤维的直径约为10 nm,长度约在100 nm以上,孔容和比表面分别为2.23 ml•g^-1和222.0 m²•g^-1,而水洗γ-Al₂O₃的二次粒子无固定形状,孔容和比表面仅为0.37 ml•g^-1和162.3 m²•g^-1.乙醇洗涤时形成的CH₃CH₂O—基不仅使γ-Al₂O₃前驱物拟薄水铝石晶粒定向生长成纤维,还阻止了相邻颗粒表面之间因Al—O—Al键形成而产生的硬团聚.     

活性炭纤维负载TiO2光催化降解甲醛研究

用浸渍-提拉法将TiO₂负载到活性炭纤维(ACF)上,在254 nm的紫外光源下,利用复合材料进行吸附光催化氧化甲醛气体动态实验研究。结果表明,甲醛的降解率随进口气量的增加有所下降;随TiO₂负载质量分数的增加,复合材料的比表面积由830 m²·g^-1降低到128.31 m²·g^-1;反应温度升高,去除率下降;当湿度小于40%时,随着湿度的增加,甲醛去除率增大;湿度继续增加时,光催化反应速率反而降低;活性炭负载TiO2光催化降解甲醛过程长时间使用会产生催化剂失活。     

超增溶自组装制备单分散纳米钛硅锆

采用超增溶胶团原位自组装法制备纳米SO₄^2-/ TiO₂-SiO₂-ZrO₂ 固体超强酸。考察原料配比和温度等因素对催化剂性能的影响,采用TEM、XRD和BET等手段对其进行表征。结果表明,形成的纳米粒子分散性好,粒径分布较窄［(10~20) nm］,比表面积（180～280） m²·g^-1,孔容（0.45~0.85） cm3·g^-1,孔径（6.0~9.0） nm,硫酸质量分数9.31%~15.36%,是理想的纳米固体超强酸。     

Gd3+掺杂TiO2纳米粉体的晶粒尺寸、表面特性和光催化活性

利用酸催化的溶胶-凝胶法制备了纯的和不同Gd³⁺掺杂量的TiO₂纳米粉体，并用XRD、BET、XPS、SPS等技术对样品进行了表征.研究了Gd³⁺掺杂量和焙烧温度对样品光催化降解亚甲基蓝的活性、相结构、晶粒尺寸和表面织构特性的影响，并结合表面光电特性和表面组成等探讨了Gd³⁺掺杂对纳米TiO₂的光催化活性的影响机制.结果表明：与纯TiO₂相比，适量掺杂Gd³⁺可以显著提高其光催化活性.当Gd³⁺掺杂量为0.5%（质量），焙烧温度为500 ℃时，TiO₂复合纳米粉体的光催化活性最佳，其锐钛矿含量为100%，平均晶粒粒径为15.55 nm，比表面积为12.81 m²·g^-1.Gd³⁺掺杂强烈地抑制TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变，减小晶粒尺寸，提高光响应阈值，这三方面均有利于提高光催化活性.XPS分析表明，Gd³⁺掺杂导致TiO₂纳米粉体的表面羟基含量降低.     

基于预沥青烯的有序结构中孔炭及其电化学性能

以预沥青烯为碳源、SBA-15为模板,采用模板法合成了结构有序的中孔炭材料。用XRD、TEM、N₂吸附和电化学工作站等对中孔炭的微观结构及电化学性能进行了研究。结果表明,以预沥青烯为碳源合成的炭材料具有高度有序的二维六方孔道和一定的石墨化程度,它反转复制了模板SBA-15的结构。中孔炭的比表面积为542 m²·g^-1,孔容为0.479 cm³·g^-1,孔径呈单峰分布,集中在3.5 nm左右。这种预沥青烯基中孔炭作为电化学电容器电极材料,显示出良好的性能,在1 mA的电流强度下其单电极质量比电容高达310 F·g^-1。     

负载型TiO2 制备及其对茜素红的降解研究

以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为前驱体、冰醋酸为水解抑制剂，用溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂/SiO₂复合物。通过X-射线衍射、红外光谱和比表面积仪等测试手段进行了分析，结果表明，纳米TiO₂ /SiO₂粒子焙烧后主要以锐钛型存在，有Ti—O—Si键的产生，复合粒子的比表面积达到389 m²·g^－1。光催化结果表明，n(Ti)∶n(Si)=3和焙烧温度为700 ℃的TiO₂/SiO₂粒子对茜素红溶液的降解性能最好。利用气质联用仪对降解产物进行了分析。     

固体超强酸催化剂S2O2-8/Fe2O3-Al2O3的制备及其酯化性能

以硝酸铁为铁源、硝酸铝为铝源,通过共沉淀法制备固体超强酸催化剂S₂O^2-₈/Fe₂O₃-Al₂O₃。通过催化剂样品的FT-IR谱图、不同焙烧温度催化剂样品的XRD谱图、不同陈化温度的N2吸附-脱附曲线以及催化剂样品的SEM照片,研究了其晶体的形成过程。催化剂样品红外谱图表明,催化剂中的S=O有较强的共价双键特征,诱导催化剂形成超强酸性;在XRD谱图中既无Al₂O₃的晶相峰,也无Fe₂(SO₄)₃晶相峰,说明Al₂O₃与Fe₂O₃ 在催化剂样品的表面形成了Al₂O₃-Fe₂O₃ 共价键的复杂结构。采用BET方程和BJH模型计算催化剂样品的比表面积和孔径分布,经冰水陈化的催化剂样品平均孔径为9.1 nm,最可几孔径为7.5 nm,比表面积为78.9 m²·g^-1,孔容0.149 cm³·g^-1。研究了催化剂的铁与铝物质的量比、(NH₄)₂S₂O₈浸渍浓度和不同焙烧温度对硬脂酸正丁酯酯化率的影响。在反应温度85 ℃、催化剂用量0.2 g (为反应物总质量的2%)和回流反应150 min的条件下,酯化率可达84.5%。     

炭黑/P123双重模板体系原位组装梯度孔材料

采用炭黑/P123(聚环氧乙烯醚 聚环氧丙烯醚 聚环氧乙烯醚三嵌段聚合物,即EO_20O₇₀EO₂₀,平均相对分子质量5800)双重模板剂,对Y型分子筛前驱体进行组装合成了具有原位梯度孔及高水热稳定性的材料。FT-IR结果表明,组装过程将Y型分子筛的初级和次级结构单元引入分子筛的孔壁之中。BET和TEM结果表明,材料具有相互贯通的梯度孔道(0.39 nm-3.8 nm-6.5 nm-19.9 nm),比表面积693 m²·g^-1,孔容1.89ml·g^-1。在800℃、100％水蒸气处理2 h和4 h后,比表面积保留率分别为80.1%和35.1%,孔容保留率分别为45.0%和25.4%。为重油大分子的催化裂化提供了一种具有潜在应用价值的材料。     

TiO2纳米管的制备及对O3的催化性能

用水热法制备了高比表面积的TiO₂纳米管,通过TEM、XRD及BET进行物化表征,试验得到外径5～7 nm、壁厚1 nm左右、长200～300 nm、比表面积276 m²·g^-1的锐钛型TiO₂纳米管。试验考察了TiO₂纳米管的吸附性能及对O₃的催化性能和本征反应动力学,结果显示：60 min时O₃/UV/TiO₂纳米管较O₃/UV/P25和O₃/UV对垃圾渗滤液的COD去除率分别提高了20.83%和32.65%;293 K时0.5 g TiO₂纳米管对COD的最大吸附量为P25的1.34倍,对COD去除率贡献为10.14%; 2 h内O₃/UV/TiO₂纳米管工艺的总反应表观速率常数k分别是O₃/UV/P25工艺的1.19倍和O₃/UV工艺的1.80倍;得出两种催化工艺k-T关系方程,反应表观活化能E_a,nanotube比E_a,P25降低了2.925 kJ·mol^-1。     

丙烯酰胺反相微乳液聚合体系及其微观结构

制备稳定的Span80-Tween80/异辛烷/AM-H2O反相微乳液聚合体系;用电导法考察了不同HLB（亲水-亲油平衡）值下电导率的变化规律;研究了正丁醇、氯化钠和乙酸钠对微乳液体系电导率变化的影响规律.采用TEM、AFM、DSC、激光纳米粒度仪等手段测定了聚合前后微乳液的粒子形态、粒度和粒度分布.结果表明：HLB为5.4时,体系的电导率变化较小,正丁醇浓度为25 g•L^-1时电导率几乎没有变化,形成的微乳液较为稳定,而且增溶的水相也比较多.当氯化钠浓度为50 g•L^-1或醋酸钠浓度为25 g•L^-1时会增加体系的稳定性.对该体系聚合,可以得到相对分子质量（M_R）为5.64×10⁶、固含量为32%的聚合物乳液.所制备的聚合物为球形、单分散的准纳米材料,粒径（D）在140 nm左右.反相微乳液聚合的聚丙烯酰胺（PAM）的比表面积为21.684 m²•g^-1,玻璃化转变温度T_g为193℃.     

沉淀法SiO2包覆纳米CaCO3吸附剂性能

以CO₂为沉淀剂,Na₂SiO₃为硅源,制备了SiO₂包覆纳米CaCO₃吸附剂。TEM测试证实纳米CaCO₃表面包覆一层SiO₂膜, 用SEM & EDX 测试5个包硅样品Si含量为0.67%～4.93%。采用TGA考察吸附剂的分解温度及600℃、20% CO₂条件下的吸附性能。结果表明：采用CO₂沉淀法包覆SiO₂后,与未包硅的纳米CaCO₃相比,分解温度降低9～42℃。纳米SiO₂/CaCO₃吸附剂的循环吸附率、吸附容量、吸附速率均随Si含量的减小先增加后降低。Si含量为1.05%的纳米SiO₂/CaCO₃吸附剂显示最佳吸附性能,第1、5次循环吸附容量分别为8.9、6.0 mol·kg^-1,与未包覆SiO2的纳米CaCO₃相比,分别提高11%、50%,同时在第5次循环快反应段吸附速率较纳米CaCO₃提高10%。与纳米CaCO₃相比,包硅后的吸附剂具有较高的吸附容量和循环吸附率,循环稳定性较好。     

运行工艺对膜生物反应器的影响

采用中试规模的平行试验,研究了好氧式MBR和序批式MBR两种工艺处理生活污水的差异。结果表明两种工艺对有机物及氨氮的去除效果相当,由于序批式MBR提供了缺氧环境,其对总氮的去除能力优于好氧式MBR。但高溶解氧（DO）、低C/N以及缺乏机械搅拌装置限制了TN去除率的进一步提高。好氧式MBR的膜污染速率较序批式MBR严重,在截留有机物质量相等的情况下,二者的过膜阻力增长率分别为0.065 kPa·g^-1·m²和0.037 kPa·g^-1·m²。