纳米SiO2的制备及性能研究

 用溶胶—凝胶法制备了纳米SiO₂,考察了溶胶的浓度和pH值对凝胶时间的影响,并用FT-IR,XRD和TEM研究了其在热处理过程中的物相及显微结构.结果表明:溶胶浓度和溶胶pH值对凝胶时间影响较大.在温度为600℃时,经过烧结晶化,可制得纳米二氧化硅,其平均粒径20nm,外观形状呈球形,且热稳定性良好.     

F修饰对SiO2@TiO2亲疏水性及光催化性能的影响

采用两步法制备了氟修饰疏水性F-SiO_2@TiO_2材料.以三乙氧基氟硅烷(TEFS)为硅源,采用后嫁接的方法在短孔道MCM-41小球表面引入F原子,再利用醇热法在F-MCM-41小球表面生长TiO_2纳米晶颗粒.利用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末散射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N_2气吸脱附等手段表征了材料的物相组成和表面结构.研究表明:所制备的氟修饰F-SiO_2@TiO_2纳米复合材料为核壳结构,具有较大的比表面积、较好的介孔结构及较佳的热稳定性.同时,TiO_2纳米颗粒在F-MCM-41小球表面分散均匀、结晶度高、颗粒尺寸小且均一、与F-SiO_2结合牢固.重量吸附实验和光催化实验进一步证实F修饰可抑制水的吸附有利于提高F-SiO_2@TiO_2材料的疏水性和对气相有机污染物的光催化性能.     

利用固体电解质在CaCl_2熔盐中电解固态SiO_2制备Si

通过对固态SiO_2的理论分解电压进行计算,比较分析了惰性阳极和炭阳极条件下SiO_2电解还原的特点。利用ZrO_2(Y_2O_3)固体电解质管集成构建以Pt,O_2(Ar)|ZrO_2(Y_2O_3)为参比电极的三电极电解池,研究了惰性阳极条件下在CaCl_2熔盐中电解固态SiO_2阴极绿色制备Si的可行性。理论计算结果表明,SiO_2在惰性阳极条件下进行电解还原相比使用炭阳极时难度较大,降低气相中的氧分压有利于SiO_2的电解还原。实验结果表明,在惰性阳极条件下借助三电极电解池电解SiO_2可以成功制备Si,相应电解过程可用三相界线反应机制进行解释。     

TiO2/SiO2/GQDs双层增透膜的制备及其在太阳能板中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂ 和TiO₂ 纳米溶胶,采用水热法制备了石墨烯量子点（graphene quantum dots,GQDs）。为进一步提高光伏太阳能板的透光率,设计了一种TiO₂/SiO₂/GQDs双层增透膜结构。探究了薄膜的结构、自清洁性能和增透性能,并进一步讨论了GQDs在增透性中的作用。结果表明,SiO₂-TiO₂/TiO₂-GQDs结构的双层薄膜厚度为120 nm时,太阳能板上的光透过率由未涂敷的85%增加至95%。接触角实验和室外耐环境性能实验测试表明,复合膜层接触角为10°,并具有良好的亲水性和耐环境性能。此外,户外实验结果表明,涂覆该薄膜的太阳能电板发电效率提高6%。由此说明双层增透膜可有效地提高太阳能电池板的光能利用率和使用寿命,可高效地利用太阳能。     

纳米Al2O3颗粒对Cu-Al2O3性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备纳米Al₂O₃颗粒,通过粉末冶金法制备氧化铝铜（Cu-Al₂O₃）。采用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、洛氏硬度仪和涡流计分别测试了Cu-Al₂O₃的结合能、微观组织、硬度和导电率。结果表明：随Al₂O₃颗粒含量的增加,Cu-Al₂O₃的硬度先升高后降低,当Al₂O₃颗粒的质量分数达到0.084%时,Cu-Al₂O₃的硬度达到最大值75.73（HRB）。Cu-Al₂O₃的导电率随着Al₂O₃颗粒含量的增加逐渐下降。Al₂O₃颗粒的质量分数为0.084%时为最佳值,Cu-Al₂O₃的硬度达到最大值,导电率达到69.1% IACS。     

无定形纳米级MnO2电极材料的制备及其准电容性能

 采用化学沉淀法制备了无定形纳米级粉末MnO₂电极材料,运用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析和充放电容量测量法及循环伏安等方法对MnO₂制备、准电容形成机理进行了理论探讨.使用0.1 mol/L Na₂SO₄为电解液、烧结温度为80℃时能得到比电容最大的MnO₂材料,其实际电容约为136 F/g.     

CeO_2对CuO/γ-Al_2O_3分散及烟气脱硫性能的影响

用分步浸渍法制备CuO/CeO2/γ-Al2O3脱硫吸收催化剂.X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、H2程序升温还原(H2temperature programmed reduction,H2-TPR)和差热天平(thermogravimetric analysis,TGA)等技术分析表明,CuO在γ-Al2O3上的分散阈值为0.042 g/100 m2,CeO2以二维形态(2D-Ce)和团簇三维形态(3D-Ce)存在于γ-Al2O3表面.实验结果表明,CeO2有利于CuO分散,可明显提高CuO/γ-Al2O3吸收催化剂对SO2的吸收总量、吸收速率及其循环使用寿命.     

Fe_2O_3/ZnO纳米复合结构的制备及其光催化性能研究

通过阳极氧化法在纯铁片基底上生长Fe_2O_3纳米管阵列薄膜,然后采用水热法在Fe_2O_3纳米管阵列薄膜上负载ZnO纳米棒,制得Fe_2O_3/ZnO复合纳米结构。借助FE-SEM、XRD、TEM、UV-Vis等手段,对不同反应时间下制得的Fe_2O_3/ZnO复合材料的形貌、结构、物相组成及光催化性能进行表征,重点考察了复合结构的亚甲基蓝可见光降解能力。结果表明,在外加电压为55V的条件下阳极氧化450s,所制备的Fe_2O_3纳米管阵列具有高度有序、分布均匀及垂直取向的结构特点,管径约为80nm;在90℃的碱性锌酸盐溶液中,水热反应1.5h后,制得的Fe_2O_3/ZnO复合材料具有最佳的光催化性能,该样品对亚甲基蓝的降解率可达85%。     

层状双氢氧化物表面负载TiO_2的光催化性能

采用溶胶-凝胶法,控制pH值,使钛酸四丁酯(TBT)分解,将分解产物TiO2一步负载到碳酸根型镁铝铁层状双氢氧化物(LDH)表面.改变原料TBT与LDH的质量比,制备成不同负载量的TiO2/LDH复合物.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等对不同质量比的TiO2/LDH进行表征,并对该复合催化剂的光催化性能进行了研究.结果表明,该复合催化剂具有较好的抗紫外线能力,负载0.5%TiO2的LDH比纯LDH具有更高光催化活性.     

SiO_2纳米颗粒稳定的泡沫体系驱油性能研究

利用Warning Blender方法测定SiO2+SDS泡沫体系的泡沫性能,确定SiO2纳米颗粒的最佳使用浓度,并研究不同温度和矿化度对泡沫性能的影响。利用岩心驱替实验装置对比SDS和SiO2+SDS两种不同泡沫体系对岩心的封堵、调剖和驱油性能。利用微观可视化玻璃刻蚀模型,对比水驱、SDS泡沫体系以及SiO2+SDS泡沫体系对盲端油的驱替效果。室内实验结果表明,SiO2+SDS泡沫体系比单一SDS泡沫体系具有更强的稳定性,能够明显提高泡沫的封堵、调剖及驱油能力,增加盲端油的驱替效果。     

高温高压CO2/原油界面张力及对驱油效率影响

在油藏温度下,采用ADSA(axisymmetric drop shape analysis)技术测定了不同压力下CO_2/原油动态界面张力和平衡界面张力。界面张力实验发现:原油与超临界CO_2接触的初始阶段存在强烈的扩散作用,原油中的轻质组分被超临界CO_2溶解抽提,并且随着压力的增加,这种溶解抽提作用增强;实验压力范围内,动态界面张力经过25~50 s左右可以达到一稳定值,当P≤19.998 MPa时,动态界面张力曲线波动较大,而当P≥19.998 MPa时,动态界面张力曲线基本保持不变。驱替实验结果表明:CO_2原油体系的平衡界面张力与气驱采收率之间存在关联关系:(1)随着压力升高,体系的平衡界面张力降低,气体突破时的驱油效率和气驱最终驱油效率升高;(2)压力增加到一定值后,体系平衡界面张力降低幅度减小,两种驱油效率增加的幅度也减小;(3)随着压力升高,气驱最终驱油效率与气体突破时的驱油效率之差增大。     

烷烃修饰SiO_2纳米颗粒油/水界面吸附特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对比研究烷烃修饰前后SiO2纳米颗粒在油/水界面的吸附组装行为,分析其密度分布、界面层厚度、界面张力等参量。结果表明:烷烃修饰后纳米颗粒疏水性增强,能自发地快速向油/水界面扩散运移,并在界面形成致密的组装单层膜;烷烃修饰纳米颗粒在油/水界面的吸附能够有效降低界面张力,提高水相对油相的携带能力。     

三元体系的界面特性对驱油效率的影响机制

大量实验表明,不同碱浓度、相同界面张力的三元驱油体系的驱油效果不同。除了体系黏弹性差异之外,影响驱油效果的因素还可能与界面黏弹性有关。针对这一现象,分别使用相同界面张力、不同界面黏弹性的三元复合体系和相同界面黏弹性、不同界面张力的三元复合体系进行微观驱油实验,通过实验分析油水界面黏弹性、界面张力对驱油效率的影响机制。结果表明:三元体系的界面张力、界面黏弹性均对驱油效率有影响,降低界面张力和界面黏弹性均有利于残余油乳化及驱油效率的提高;三元体系的界面张力低、界面黏弹性低,驱油效率高;随着界面张力和界面黏弹性的降低,三元复合体系对残余油的乳化作用由乳化油滴向乳化油丝转变。上述规律与贝雷岩心实验结果一致。     

Preparation and photocatalytic activity of Cu-doped TiO2/SiO2

Cu²⁺-doped nanostructured TiO₂-coated SiO₂ (TiO₂/SiO₂) particles were prepared by the layer-by-layer assembly technique and their photocatalytic property was studied. TiO₂ colloids were synthesized by the sol-gel method using TiOSO₄ as a precursor. The experimental results showed that TiO₂ nanopowders on the surface of SiO₂ particles were well distributed and compact. The amount of TiO₂ increased with the increase in coating layers. The shell structure appeared to be composed of anatase titania nanocrystals at 550°C. The 2-layer coated TiO₂ particles on the surface showed a higher degradation rate compared with all the different-layer samples. The photocatalytic activity of Cu²⁺-doped TiO₂/SiO₂ was higher than that of undoped TiO₂/SiO₂. The optimum dopant content was about 0.10wt%.     

TiO2/SiO2复合光催化剂制备工艺参数优化及其表征

先以无机钛盐、硅酸盐为原料制取聚合硅酸硫酸钛,再通过液相水解法制得TiO2/SiO2复合光催化剂,并用SEM、XRD、BET和甲基橙脱色率对复合光催化剂进行表征。结果表明,TiO2/SiO2复合光催化剂制备优化工艺参数为:Ti(SO4)2作钛源、Ti/Si摩尔比为12∶1、水解反应pH值为6、煅烧温度为650℃,以此条件制备的复合光催化剂对甲基橙脱色率可达98.6%以上;TiO2/SiO2复合光催化剂为一种分散均匀的纳米级球形颗粒,其成分为以锐钛矿为主的TiO2,SiO2的复合有效抑制了TiO2晶粒的生长,同时提高了TiO2的热稳定性。     

苯丙乳液与纳米SiO2复合改性超细水泥胶浆的力学性能

针对水泥混凝土桥梁底板易出现的微小裂缝修补,提出可灌性好、强度形成快及变形能力强等技术要求,通过苯丙乳液和纳米SiO₂对超细硅酸盐水泥和超细硫铝酸盐水泥双组分胶浆进行复合改性,系统研究了苯丙乳液掺量对超细水泥胶浆的施工性能和力学性能的影响规律,最终确定了其合理配比。试验结果表明：尽管苯丙乳液对超细水泥胶浆的抗压强度具有一定不利影响,但能显著改善超细水泥胶浆的施工性能,提高其抗折强度、拉伸变形能力和折压比,从而提升超细水泥胶浆的韧性。经苯丙乳液和纳米SiO₂复合改性的超细水泥胶浆可望在混凝土桥梁底板裂缝的修补工程中得以推广应用。