一维纳米硼酸盐研究进展:从基础热力学到工程实践

纳米线/棒/管/带/晶须等纳米材料由于其独特的一维(1D)结构及在电子、光学、催化、能源、环境和医药等领域的广泛应用前景而成为研究的热点之一,而硼酸盐则由于其多变的组成及其在众多领域内的独特性能及应用受到了广泛关注。重点围绕碱/碱土金属硼酸盐,从基础热力学、控制合成、应用开发、工程实践等方面对1D纳米硼酸盐材料的最新研究成果进行了综述。此外,对1D纳米硼酸镁的熔融盐(MSS)、化学气相沉积(CVD)等传统高温工艺及本课题组多年来所致力的水热-热转化(HTC)法制备进行了客观比较,结果表明,HTC法在形貌控制合成乃至中试放大等方面具有一定优势。最后以硼酸镁纳米晶须为例,从前述4个方面对目前1D纳米硼酸盐研究中所存在的问题、尤其是针对腐蚀性技术瓶颈的绿色水热合成及其工程实践对策进行了分析和展望。     

基于化工原理实验平台强化学生专业能力培养的探索与实践

化工原理实验是化工类学生培养过程的重要组成部分。本文针对传统教学中存在的问题,阐述了注重专业能力培养的新型教学模式,并介绍了培养学生工程意识、创新思维,以及专业相关技能的改革措施及其效果。     

多级多孔硅酸镍微球的合成及其对碱性品红的高效吸附

层状硅酸镍因其独特的结构, 在电化学和催化等领域展现出良好的应用前景, 其合成与性能研究近年来受到广泛关注。本研究以氯化镍和正硅酸乙酯为原料, 采用水热法合成了硅酸镍微球, 并详细探究了镍硅比和碱源对产物组成、形貌及孔结构的影响。在优化条件下, 产物呈现由纳米片组装的、平均直径约为2.5 μm的微球形貌, 比表面积为119.6 m²·g^-1, 孔容为0.673 cm³·g^-1。Zeta电位分析表明, 该微球在pH=3~10范围内保持表面电负性。将硅酸镍微球用于处理碱性品红溶液, 吸附过程符合准二级动力学模型。在初始浓度为50 mg·L^-1的条件下, 吸附容量可达120.7 mg·g^-1, 脱除率达96.6%, 远优于改性粘土及近年来报道的多种材料。吸附量与平衡浓度的数据表明, 碱性品红在硅酸镍微球上的吸附符合Freundlich吸附模型, 1/n=0.1678, 表明该吸附为多层非均相吸附且吸附作用力强。     

晶须碳酸钙的合成进展

晶须碳酸钙的合成技术备受关注,其中绝大多数方法是在常重力场中,通过向反应物系中添加某种晶形控制剂,或预先添加针状碳酸钙晶种,并辅以能够促使碳酸钙晶体沿单一方向生长的磷酸系助剂.与常重力场中各种合成方法相比,超重力反应结晶法无须针状碳酸钙晶种,所合成晶须碳酸钙短轴直径可达到80～250 nm,同时较佳反应温度降低约20℃,合成等物质的量的晶须碳酸钙所需反应时间与添加剂用量分别为其他方法的1/18和1/20～3/20.     

超重力反应结晶法合成微细针状碳酸钙研究

采用超重力反应结晶法，在旋转填充床（RPB）反应器中，以Ca(OH)2-CO2为反应物系，MgCl2作为晶形控制剂，合成出了短轴为80－200nm、长径比为12－20且短轴及长径比分布较窄的微细针状碳酸钙，并对Ca(OH)2初始浓度、气液比、旋转床转速、反应温度以及MgCl2浓度等因素的影响进行了深入的研究。结果表明，当Ca(OH)2初始浓度为6．0％－7．5％、气液比为0．08－0．2、旋转床转速为900－1200r.min^-1，反应温度为55－75℃、MgCl2浓度为2．0％－6．0％时能稳定地生成微细针状文石型碳酸钙。合成等量的针状碳酸钙，超重力反应结晶法所需碳化时间约为文献值的1／18。     

一维纳米硼酸盐研究进展：从基础热力学到工程实践

纳米线/棒/管/带/晶须等纳米材料由于其独特的一维（1D）结构及在电子、光学、催化、能源、环境和医药等领域的广泛应用前景而成为研究的热点之一,而硼酸盐则由于其多变的组成及其在众多领域内的独特性能及应用受到了广泛关注。重点围绕碱/碱土金属硼酸盐,从基础热力学、控制合成、应用开发、工程实践等方面对1D纳米硼酸盐材料的最新研究成果进行了综述。此外,对1D纳米硼酸镁的熔融盐（MSS）、化学气相沉积（CVD）等传统高温工艺及本课题组多年来所致力的水热-热转化（HTC）法制备进行了客观比较,结果表明,HTC法在形貌控制合成乃至中试放大等方面具有一定优势。最后以硼酸镁纳米晶须为例,从前述4个方面对目前1D纳米硼酸盐研究中所存在的问题、尤其是针对腐蚀性技术瓶颈的绿色水热合成及其工程实践对策进行了分析和展望。     

旋转填充床中合成微细晶须碳酸钙的试验研究

通过试验研究筛选出MgCl2与H3PO4两种在旋转填充床(RPB)中促使微细晶须碳酸钙合成的晶形控制剂,单因素试验探明了各晶形控制剂条件下合成微细晶须碳酸钙的较佳工艺条件,正交试验研究了各因素对粒子长径比影响的显著性.研究表明:与常重力场中合成晶须碳酸钙的方法相比,RPB产生的超重力场中合成晶须碳酸钙反应温度降低约20℃、合成等物质的量晶须碳酸钙所需时间约为其他方法的1/36～1/18、粒子短轴直径达到80～250 nm微细程度;使用MgCl2时只有反应温度对粒子长径比有显著影响,而使用H3PO4时反应温度、RPB转速和气体体积流量对产品粒子长径比均有显著影响.     

硼酸盐热力学基元贡献模型及在MgBO2(OH)纳米晶须水热合成过程分析中应用

以MgCl₂·6H₂O、H₃BO₃、NaOH为原料,控制摩尔比Mg:B:Na=2:3:4,经室温共沉淀及水热转化(220～240℃,6.0～30.0 h)制得了单斜相MgBO₂(OH)纳米晶须。借鉴机械混合模型、基团贡献法思想,根据质量守恒原则将硼酸镁盐按照复盐分子式进行基元拆分,通过引入校正因子k,利用复盐基元的基础热力学数据拟合建立了Δ_fH_m及Δ_fG_m等硼酸盐热力学基础数据估算的基元贡献模型,估算了共沉淀产物Mg₇B₄O₁₃·7H₂O及水热产物MgBO₂(OH)不同温度下的Δ_fH_m、Δ_fG_m热力学数据,得到了25～100℃下共沉淀反应及25～250℃下水热转化的Δ_rH_m、Δ_rG_m。结果显示,共沉淀反应在室温条件下可自发进行,水热转化须借助一定温度条件方能自发实现,且反应趋势随水热温度升高时间延长而增大。该热力学基元贡献模型有望为其他结构复杂复盐化合物纳米结构的湿化学法控制合成分析及预测提供借鉴。