超临界CO2辅助制备TiO2/MCM-41中孔分子筛的研究

研究利用超临界二氧化碳(SCCO2)作为溶剂,将钛的有机前驱体传榆到分子筛孔的内部,制备TiO2/MCM-41中孔分子筛,同时研究了温度和压力的影响.XRD、氮气吸脱附、红外、紫外、扫描电镜(SEM)等研究结果表明,在超临界二氧化碳"协助插嵌"的过程中,二氧化钛可以被很好地传输到孔的深处,并呈高分散状态.因此,这种方法为实现二氧化钛在分子筛孔道上呈薄膜分散提供了一种可能途径.     

飞秒激光脱附的随机运动模型的研究

以飞秒脉冲激光的非平衡态传热和原子分子激发态的微观机理为基础, 建立了飞秒激光对微纳米结构中基体表面层的杂质进行脱附的随机运动物理模型. 由脱附过程的数值模拟结果, 获得了脱附概率随激光辐射时间的演化规律以及不同激光参数对脱附概率的影响.     

超临界CO2中以PEG20000为模板制备多孔材料Fe2O3

在超临界CO2中以聚合物PEG20000为模板,乙酰丙酮铁为前驱体制备Fe2O3多孔材料.研究了压力和温度对插嵌率的影响,并对材料进行了TG、XRD、N2吸脱附及SEM等表征.X射线衍射结果表明,产物主要由α-Fe2O3组成.根据产物的N2吸附-脱附等温线计算,产物的比表面积可迭361.01 m2/g,平均孔径为8 nm左右.SEM测试结果表明,产物由形状不规则的带有疏松结构的碎片组成.     

炭化造孔法制备木屑氯化钙复合吸附剂

为了解决氯化钙吸脱附氨气过程中的膨胀结块以及提高氯化钙基复合吸附剂的传质性能,本文采用浸泡的方法将氯化钙嵌入木屑中,然后采用高温炭化的方法将氯化钙木屑混合物炭化造孔制备复合吸附剂.SEM图像以及元素分析表明,在700°C的炭化温度下,氯化钙木屑炭化后所制备的复合吸附剂具有发达的孔隙结构,而且氯化钙均匀的分散在吸附剂中.复合吸附剂对氨气的吸附性能测试表明：在蒸发温度为5°C,冷凝温度为40°C的工况下,吸附时间为5,10和15min时,吸附量分别为0.204,0.253和0.285kg/kg,SCP（单位质量吸附剂的制冷功率）分别为868.96,540.02和405.16W/kg,平均吸附速率分别为6.79×104,4.22×104和3.17×104（kg/kg）/s,同时解决了氯化钙的膨胀结块.     

新型有序炭纳米棒阵列的合成及在电化学电容器中的应用

采用有序中孔硅为模板成功合成了排列有序的炭纳米棒阵列OCNR. XRD测试和TEM观测表明, OCNR为有序排列(p6mm)的炭纳米棒阵列构成. N₂吸脱附测试表明, OCNR具有典型的中孔结构和集中的中孔分布. 与超大比表面积的活性炭Maxsorb相比, OCNR具有更好的电容特性, 更高的功率输出和优异的高频电容性能, 这都得益于OCNR规整的孔道有利于电解质水合离子的快速扩散. 循环伏安研究表明, 在50 mV/s的高电压扫描速度下, OCNR的比电容值仍可保持在166 F/g, 而此时Maxsorb的比电容值却降低到73 F/g. 值得一提的是, OCNR在提供高功率输出的同时, 仍能保持高的能量密度, 可以应用于对功率输出和能量密度都有较高要求的场合.     

聚合物胶体晶模板技术制备三维有序铟锡氧化物大孔材料

以单分散性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球自组装形成的有序胶体晶体结构为模板, 制备了铟锡氧化物(ITO)有序大孔材料. 以扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及低温N2吸附/脱附等方法对ITO大孔材料的形态及其比表面积进行了表征. 结果表明, 烧结温度在500℃时, 能够得到较为完善的三维ITO大孔材料, 空间排布高度有序, 其有序结构与模板中PMMA微球自组装方式完全相同. 孔径大小均匀(~450 nm), 较之PMMA微球有所收缩, BET比表面积为389 m² · g^-1, 孔容为0.36 cm³ · g^-1. 此外, 发现Sn掺杂率物质的量比为5%时, 在真空中退火, ITO大孔材料的导电性能最好, 电阻率为8.2×10^-3 W · cm, 初步讨论了ITO大孔材料的导电机制, 认为氧缺位是获得较好电性能的主要原因.     

添加剂对溴化锂溶液及水表面张力影响的

为了揭示添加剂对表面张力的影响, 利用Wilhelmy平板法分别在封闭和暴露的条件下测量了水和溴化锂溶液在液体添加剂(2EH, 1-Octanol)作用下的表面张力, 发现在暴露条件下, 溴化锂溶液的表面张力表现出振荡性. 测量了气体添加剂作用下的水和溴化锂溶液的动态表面张力, 结果显示气体添加剂对表面张力有显著影响. 对于水, 其动态表面张力还与待测溶液的质量具有一定关系, 而对于溴化锂溶液, 待测溶液质量对动力表面张力的影响很小. 据实验观察, 提出了表面张力和表面吸附浓度成线性关系的假定, 修正了表面吸附和脱附方程, 统一了表面吸附系数和脱附系数量纲. 在此基础上, 把添加剂在液体状态下和气体状态下对溶液表面张力的影响统一起来, 得出了在添加剂液体和蒸汽的综合作用下, 静态和动态的表面张力与添加剂在液体和/或气体中比例含量的理论关系式. 并用实验值验证了理论关系式.     

添加剂对溴化锂溶液及水表面张力影响的理论和实验研究

为了揭示添加剂对表面张力的影响, 利用Wilhelmy平板法分别在封闭和暴露的条件下测量了水和溴化锂溶液在液体添加剂(2EH, 1-Octanol)作用下的表面张力, 发现在暴露条件下, 溴化锂溶液的表面张力表现出振荡性. 测量了气体添加剂作用下的水和溴化锂溶液的动态表面张力, 结果显示气体添加剂对表面张力有显著影响. 对于水, 其动态表面张力还与待测溶液的质量具有一定关系, 而对于溴化锂溶液, 待测溶液质量对动力表面张力的影响很小. 据实验观察, 提出了表面张力和表面吸附浓度成线性关系的假定, 修正了表面吸附和脱附方程, 统一了表面吸附系数和脱附系数量纲. 在此基础上, 把添加剂在液体状态下和气体状态下对溶液表面张力的影响统一起来, 得出了在添加剂液体和蒸汽的综合作用下, 静态和动态的表面张力与添加剂在液体和/或气体中比例含量的理论关系式. 并用实验值验证了理论关系式.     

页岩纳米孔吸附气表面扩散机理和数学模型

页岩富含纳米孔,且吸附气占总气量可高达85%,因此页岩气表面扩散对气体传输具有重要的作用.页岩气藏压力高,页岩表面能量非均质性强,吸附气非等温解吸附等,均加剧了吸附气表面扩散模拟的复杂性.基于低压条件下推导的Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了页岩吸附气表面扩散模型.同时,该模型还考虑了页岩表面能量非均质性、等量吸附热和非等温解吸附对表面扩散的影响.研究表明:1)表面扩散系数随压力的增大而增大,随温度的升高而增大,随表面活化能的减小而增大,随气体分子量的减小而增大;2)黏性流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,主要受孔隙尺度和压力的控制;3)表面扩散在微孔(半径2 nm)中,对气体传输贡献大,可高达92.95%;在宏孔(半径50 nm)中,贡献低于4.39%,可忽略;在介孔(2半径50 nm)中,表面扩散的贡献介于微孔和宏孔之间.     

铈钛氧化物介孔毫米球的制备及其催化臭氧氧化特性与机理

开发兼具高催化活性和优良流体力学与传质性能的催化剂对发展高效水处理臭氧氧化技术具有重要意义.本研究开发了以廉价无机金属盐为原料的前驱体溶胶预混-海藻酸水凝胶球模板法,实现了Ce-Ti双金属氧化物介孔毫米球催化剂的经济制备.通过N_2吸附-脱附、XRD、XPS、SEM-EDS、TEM-SAED、拉曼光谱、NH_3-TPD等手段对制备的催化剂进行系统表征,考察Ce/Ti摩尔比和煅烧温度对催化剂结构和催化活性的影响,探究其催化臭氧氧化的特性与机理.结果表明无定形材料催化活性高于晶型材料,催化活性与表面酸性位点密度呈正相关,阐明了羟基自由基为该材料催化臭氧氧化的主要活性物种.优选的Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球具有高比表面积(199 m~2g~(–1))、适宜的介孔结构(平均孔径3.59 nm),富含Ce–O–Ti键活性位点,催化臭氧氧化活性高,可在90 min内将100 mg L~(–1)草酸几乎完全矿化(99%),连续5轮重复实验后催化活性无明显降低,呈现出优异的催化稳定性.另外, Ce_(0.5)Ti_(0.5)O_2介孔毫米球催化臭氧氧化降解双氯芬酸等四种污染物的矿化率相比无催化剂臭氧氧化提高18.7%～54.0%,展现出优良的应用前景.     

突出煤样与非突出煤样低温氮吸附实验研究

为研究煤样吸附能力和煤与瓦斯动力现象的关系,针对突出煤与非突出煤的吸附能力差异问题,应用物理化学吸附仪对6组突出与非突出煤进行低温氮吸附实验,得到低温氮吸附等温线,运用BET吸附理论对实验数据进行分析。实验及分析结果表明:突出煤吸附量、拐点斜率、脱附滞后量大于非突出煤,突出煤吸附等温线变化趋势为单调递增,非突出煤样局部范围内出现下降趋势;突出煤样C值较非突出煤样C值低,突出煤样孔隙中的吸附质更容易脱附。以此为依据来判断煤是否具有突出性,可为预防煤与瓦斯突出事故提供技术方法。     

仿生软体吸附机器人:从生物到仿生

生物吸附是自然界中一种典型的运动模式,许多生物在进化中由于生存背景和物种的不同演变出各种各样的吸附系统,吸附系统是功能系统,其目的是让生物暂时或永久地附着在基体或另一个生物体上,防止脱落.生物系统的吸附机制可分为互锁、摩擦和黏结.黏结可进一步分为干吸附(范德华力)、湿吸附(毛细作用)、负压吸附、胶合(黏液),它们可独立或同时作用.基于自然界丰富的吸附方式,本文详细介绍了陆上/水下典型生物(壁虎、树蛙、章鱼、鮣鱼)的吸附机理,并对清道夫、海胆、蚍蜉幼虫、跳蛛、叶甲虫幼虫等生物的吸附机理进行简述.概述依据上述特定吸附机理而设计的仿生吸附装置,从仿生软体吸附机器人、仿生软体吸附设备、仿生吸附软材料结构等方面,对仿生吸附的研究成果进行列举,并提及部分性能研究和应用前景.以仿生鮣鱼吸盘为例,阐述了如何模拟生物系统制作仿生样机,并验证其性能,挖掘其潜在应用.对生物吸附方式分类归纳,总结被其带动的仿生吸附研究意义、发展现状和面临的问题,并指出仿生软体吸附机器人吸附机理细微化、结构刚柔耦合、仿生复合软材料应用、柔性驱动-传感-控制一体化、多学科交叉融合的发展方向.     

浮动催化碳纳米管石墨化后的储氢特性

研究了立式浮动催化法制备的碳纳米管在中压(10 MPa)和室温(25℃)条件下的储氢性能，从管径和形貌方面对碳纳米管的储氢量进行了初步评估. 根据储氢量的大小间接证明了氢分子在碳纳米管中不但发生了表面吸附和内腔吸附，同时也进行了层间吸附. 实验结果表明浮动催化碳纳米管在未来的车用储氢系统中有良好的应用前景.     

生物质燃气焦油激冷耦合吸附脱除过程特性

焦油是生物质气化的主要障碍之一.本文构建了激冷耦合多级吸附脱除的思路,搭建了实验装置,测定了焦油脱除性能,分析了耦合脱除机理.结果表明,焦油基本按照设想的思路分级脱除,总量降至低于10 mg/Nm~3.但实测结果和基于IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)孔径大小设想的焦油分类有交叉,表现在少量的上级焦油将进入下级,并形成竞争.介孔和微孔单元对重质焦油露点影响不大;介孔对最难脱除的中质焦油的效果最好.露点分析佐证了焦油轻重分类、分子大小和孔道三者匹配的构想.     

燃煤飞灰吸附脱汞能力的实验研究

运用煤岩学分类相关理论对燃煤飞灰岩相组成进行了系统定量分析,并采用固定床汞吸附反应系统对不同电厂飞灰吸附汞的能力进行了详细研究,结果表明:不同的飞灰对汞均有一定的吸附能力,其中以烟煤飞灰CTSR和CTL的富碳组分对汞的吸附能力最强,其吸附能力分别为10.3和9.36μg/g,与商业活性炭捕获能力相当;飞灰中汞的含量与其含炭量和比表面积并无明显的相关性.揭示了飞灰颗粒岩相组成,分析了飞灰脱汞能力的影响因素.不同飞灰碳颗粒类型脱汞性能差异明显,各向异性碳颗粒尤其是多孔网状结构碳含量是决定飞灰脱汞能力的主要因素.     

硅酸钙/海藻酸钙复合膜载体蛋白质分子印迹聚硅氧烷

首先将海藻酸钠与硅酸钙共混,经过钙离子交联制备了硅酸钙/海藻酸钙(CaSiO_3/CaAlg)复合水凝胶膜.然后,以CaSiO_3/CaAlg复合膜为载体,吸附牛血红蛋白(Hb)后,加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570),硅烷缩聚洗脱模板得到Hb分子印迹聚硅氧烷(MIP).采用扫描电子显微镜(SEM)、热重(TG)对MIP膜的形貌和热性能进行表征.研究不同硅烷种类制备的MIP的表面接触角和溶胀.研究了Hb印迹膜和非印迹膜(NIP)对Hb的吸附性能.结果表明,MIP膜对Hb的吸附量明显优于非印迹膜,且具有一定的识别性能.MIP和NIP膜对Hb的吸附均符合Langmuir吸附模型.本文制备的蛋白质印迹膜吸附速率快,吸附量大,使用方便,在蛋白质分离分析、蛋白质控制释放及生物医学工程等领域有广泛的应用前景.     

SOI材料中Cu杂质的纳米孔吸杂研究

采用纳米孔吸杂方法对新型硅基材料SOI(silicon-on-insulator)中的Cu杂质进行了吸除研究. 室温下, 将3.5 ´ 10¹⁶ cm^-2的H⁺或9 ´ 10¹⁶ cm^-2的He⁺注入到SOI氧化埋层下面的硅衬底内, 700^oC退火形成纳米孔, 研究纳米孔对SOI顶层硅中不同剂量Cu杂质(5 ´ 10¹³, 5 ´ 10¹⁴, 5 ´ 10¹⁵ cm^-2)的吸除. 剖面透射电子显微镜(XTEM)与二次离子质谱(SIMS)分析表明, 700^oC以上, Cu杂质可以穿过SIMOX和Smart-Cut材料不同的氧化埋层到达硅衬底, 并被纳米孔吸附. SIMOX氧化埋层界面的本征缺陷对Cu杂质具有一定的吸附作用, 但吸杂效果远远低于纳米孔吸杂, 且高温下会将杂质释放出来. Smart-Cut SOI的氧化埋层界面完整, 不具备吸杂作用. 1000℃退火后, 纳米孔可吸附高达3.5 ´ 10¹⁵ cm^-2 以上的Cu杂质, 纳米孔吸杂效率随Cu注入剂量的降低而升高. 当顶层硅中Cu剂量低于5 ´ 10¹⁴ cm^-2 时, 纳米孔吸杂效率达到90％以上, 并将顶层硅中Cu杂质浓度降低到原来的4％以下. 纳米孔吸杂是一条解决SOI杂质去除难题的有效途径.     

页岩气复杂孔裂隙真实气体传输机理和数学模型

基于滑脱流动和努森扩散,分别以分子之间碰撞频率和分子与壁面碰撞频率占总碰撞频率的比值作为滑脱流动和努森扩散的权重系数,进行权重叠加,建立了页岩气复杂孔裂隙气体传输模型.该模型综合考虑了滑脱效应和真实气体效应,同时还分别考虑了截面类型(圆形和矩形)和形状对气体传输的影响.用公开发表的分子模拟数据验证模型.结果表明:(1)本文模型能够合理地描述页岩气复杂孔裂隙气体传输机理,包括连续流动、滑脱流动和过渡流动;(2)页岩气孔裂隙截面类型和形状影响气体传输能力,相同截面面积,圆形截面孔裂隙气体传输能力大于矩形截面孔裂隙气体传输能力,矩形截面孔裂隙气体传输能力随纵横比增大而减小;与截面类型相比,截面形状对气体传输能力的影响更大;(3)真实气体效应提高了气体传输能力,且这种影响随压力增大而增大,随孔裂隙尺度减小而增大;(4)与圆形截面相比,真实气体效应对矩形截面气体传导率影响更大,且随矩形截面纵横比增大而增大.本文模型能为页岩气准确数值模拟奠定一些理论基础.     

常温常压下煤对N_2、CO_2气体的吸附实验研究

为更准确地模拟煤储层条件,设计了常温常压下煤吸附气体的实验方案,采用自制吸附反应釜和SP-3400型气相色谱仪,研究大样量(5kg)塔山矿、同忻矿和高海矿煤样吸附N_2和CO_2气体的能力,并计算各煤样不同吸附平衡时间下对此两种气体的吸附量,发现煤样对CO_2气体的吸附量均远远大于对N_2的吸附量,而对同种气体的吸附量虽然有所不同,但差值并不大。最后,根据实验结果分别计算了塔山矿、同忻矿和高海矿1g遗煤可吸附N_2和CO_2气体的量,探讨了将N_2和CO_2注入采空区后实现对CO_2气体封存的可行性。     

聚苯胺-十二烷基苯磺酸/有机蒙脱土纳米复合材料的合成与表征

以十二烷基苯磺酸(DBSA)为掺杂剂和乳化剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,采用乳液插层聚合(emulsion intercalated polymerization)方法合成了十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺/有机蒙脱土纳米复合材料(简称PANI-DBSA/organo-MMT).研究表明,在苯胺、DBSA、APS三者物质量比为1:1:1时,苯胺与有机蒙脱土(organo-MMT)质量比为1:3时,复合材料的电导率最高可达2.63 ×10-2 s/cm.用XRD、FT-IR、TGA和SEM对复合材料进行了表征,结果表明PANI-DBSA能够有效地插层到有机蒙脱土层间,并在蒙脱土表面形成包覆结构,形成连续的导电相,从而使复合材料具有良好的导电性.TGA试验结果表明复合材料的热性能较本体聚合物得到有效改善.