镁基储氢材料的热力学和动力学*

金属和合金的吸放氢反应是储氢材料进行的基本物理化学反应。它应服从基本的热力学和动力学规律。为此,想要改善储氢材料的性能,研发新型的储氢材料就需要对此过程的理论和实验两方面作深入的研究。通过热力学和相图能估算储氢的能力,预估吸放氢的可能温度,但要使储氢材料变得切实可行,还需要靠动力学方面的工作。笔者从热力学和相图入手,研究了储氢材料的特征,分析了传统的动力学处理方法的缺陷,提出了新的动力学模型,从而将为寻求新型的储氢材料提供有效的工具。笔者还总结了从实验上探索的一些新型储氢体系。     

黏土矿物微观孔隙对甲烷吸附行为的分子模拟

为了研究黏土矿物对CH_4的吸附规律和页岩储层对CH_4的最小储集空间界限,利用Materials Studio软件构建三种黏土矿物伊利石、蒙脱石和高岭石的微观模型,运用蒙特卡洛方法和分子动力学方法,研究在不同压力、不同孔径空间下三种黏土矿物对CH_4的吸附规律。结果表明:随着孔径和压力的增大,CH_4气体在三种黏土矿物层间的吸附量逐渐增大;不含水的黏土矿物对CH_4的最小储集空间为0. 4 nm,三种黏土矿物对甲烷的吸附能力随孔隙大小的变化而不同;随着孔径的减小或压力的增大,CH_4气体在三种黏土矿物孔径中吸附越稳定;随着孔径的增加,CH_4气体在黏土矿物孔径中出现多层吸附;三种黏土矿物中吸附的CH_4分子之间的距离均大于0. 075 nm,距离CH_4分子0. 125 nm处出现另一个CH_4分子的概率最大。研究结果对页岩气赋存特征和渗流规律具有重要基础认识作用。     

响应面法优化田基黄总黄酮的吸附工艺

以田基黄为原料,选择乙醇质量分数、吸附温度和吸附时间为影响因子,总黄酮吸附率为响应值优化了大孔树脂对田基黄总黄酮的吸附工艺条件,应用Box-Behnken设计建立数学模型,并进行响应面分析.结果表明,用12%乙醇为溶剂,28 ℃温度下吸附36 min,总黄酮的吸附率为87.14%.     

井冈羟胺A修饰的大孔交联树脂的合成及其对水杨酸的吸附性能研究

将大孔交联氯甲基聚苯乙烯(CMPS)与井冈羟胺A发生胺化反应,合成了井冈羟胺A修饰的大孔交联树脂(VACMPS);通过对树脂残余氯含量,BET比表面积及红外光谱的测定,对获得的树脂进行了结构分析,并研究了该树脂在不同温度下对水杨酸的吸附等温线,利用热力学函数关系计算出了吸附焓、自由能和熵.动态吸附与脱附实验表明湿态VACMPS树脂对水杨酸的饱和吸附容量达73.59 g.L-1,树脂可以通过4%NaOH溶液重生.推测井冈羟胺A修饰的大孔交联树脂(VACMPS)对水中水杨酸的吸附作用是氢键作用,π-π共轭,静电作用及疏水作用共同参与的吸附过程.     

自发过程及其判据的讨论

自发过程及其判据是物理化学热力学中非常重要的概念,然而在不同教科书中自发过程的定义存在差异,对自发过程的特征有不同的理解,并且都存在自发过程的判据与其定义不完全对应的问题,由此导致物理化学教学及热力学第二定律应用上的困难。从引入自发过程这一概念的目的入手展开讨论,给出了较为合理的自发过程的定义及其对应的判据。     

细菌纤维素基材料的制备及其应用前景

细菌纤维素(BC)是一种由醋酸菌属合成的胞外多糖,由于其具有独特的性能,因此近些年来BC正日益受到产业界的热切关注.本文介绍了2种BC基材料(BC结构改性材料与BC复合材料)的制备,此外,还介绍了BC基材料在生物医学材料与吸附材料领域的潜在开发前景.     

天然纤维素纤维改性及其对水中砷的吸附

 以天然纤维素纤维作为基体材料,通过Ce4+引发的自由基聚合,在其表面接枝聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯,合成了阴离子吸附剂cellulose-g-PDMAEMA（纤维素接枝聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯）,用于水中砷的去除。采用场发射扫描电镜（FE-SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）及元素分析对材料进行表征。并且分别用静态吸附实验和动态吸附实验研究材料的吸附性能,结果表明,该阴离子吸附剂可以有效地吸附水中三价砷和五价砷。     

天然沸石对雨水中氨氮的吸附性能

：以粒径为 1 ~1. 5 mm 和 2 ~4 mm 的细、粗两种天然斜发沸石为实验材料,进行氨氮吸附等温线实验和吸附动力学实验,探讨沸石对雨水中氨氮的吸附规律。结果表明,实验沸石对 NH+4的吸附等温线符合 Frundlich 公式,且细沸石和粗沸石对氨氮吸附量的极限值分别为 5. 83 mg/g 和 18. 375 mg/g;细沸石比粗沸石有更好的吸附效果;粗沸石对氨氮的吸附反应为一级反应,吸附速率常数为 0. 022 212 g. m 2. h 1。     

竹炭对糠醛的吸附特性及动边界模型研究

利用竹子为前躯体热解制得竹炭,以糠醛为吸附质,考察了不同吸附停留时间、糠醛初始质量浓度和吸附温度下竹炭的吸附特性,并用动边界模型积分方程描述其有限浴交换动力学行为,得到了竹炭吸附糠醛的动力学总方程.结果表明:竹炭吸附糠醛的速度控制步骤为颗粒扩散,糠醛初始质量浓度越高,颗粒扩散控制越明显;温度升高,颗粒扩散控制作用减弱;推算出吸附过程的表观反应级数为0.96,表观活化能为3.02kJ·mol-1,说明该吸附过程主要为物理吸附;证实了热解炭的吸附行为与离子交换过程在动力学描述上具有一定的相似性与兼容性.     

活性碳纳米纤维对VOC的吸附性能

通过对比不同直径的活性碳纳米纤维及活性碳纤维对苯、甲苯和乙醇蒸汽的吸附等温线,研究不同直径的活性碳纳米纤维及活性碳纤维吸附挥发性有机物(VOC)气体性能的差异。经扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等测试分析,结果表明:活性碳纤维直径在10μm数量级,随直径减小,纤维晶体性变差,结构无序性增大;微孔达0.4～0.8 nm时VOC气体分子更易进入与吸附位结合;活性碳纳米纤维及活性碳纤维氮吸附-脱附曲线均为Ⅰ型。故分压比低于0.01时活性碳纳米纤维对苯、甲苯和乙醇的吸附量要高于活性碳纤维的吸附量。