水黾仿生特性与工程应用研究进展

水黾是一种在湖泊、池塘、湿地中常见的小型昆虫,凭借其腿部具有微纳复合结构而呈现的超疏水特性可稳定站立在水面,受到普遍关注并逐步成为研究热点。已有学者对水黾运动特性开展研究,以期获取设计灵感用以研制功能优异的超疏水表面与功能完善的仿生水黾机器人。从水黾运动特性入手,综述了运动支撑力的测试方法,重点关注以水黾为仿生原型在工程仿生领域中超疏水表面制备、水上行走机器人和跳跃机器人研制的发展现状。超疏水表面的制备应从微形貌特征、制备工艺和生产成本等方面深入研究,仿生水黾机器人的研制需进一步考虑运动、驱动方式和支撑特性。基于水黾腿部微形貌结构特征研制超疏水功效显著且持久的超疏水表面,以及性能优异、功能完备、运动特性高度相似的仿生水黾机器人将是未来发展的主要趋势。     

仿生超疏水导电竹材的制备及其耐久性

 采用银镜反应及分子自组装技术,在竹材表面原位负载一层纯单质银纳米粒子,赋予竹材导电功能,再经十七氟癸基三甲氧基硅烷（FAS-17）的进一步处理,制备出具有导电功能的仿生超疏水竹材试样,并通过实验观察研究了其稳定性及耐久性。结果表明,制备竹材表面拥有亚微米/纳米二维等级粗糙结构,该结构协同低表面能物质FAS-17共同决定了竹材的超疏水性,竹材表面与水的接触角为155°,滚动角小于10°;制备竹材能够抵抗pH 1~14溶液及强浓度NaCl溶液,且经强烈的溶液搅拌及蒸煮,依旧保持超疏水性和导电性。     

木材仿生趋磁性及其超疏水性能

 室温条件下,利用含Fe³⁺和Fe²⁺盐为前体的化学共沉淀法,成功地在木材表面上附着纳米磁性γ-Fe₂O₃颗粒,并经过进一步化学改性后得到超疏水性材料。利用SEM、XRD、VSM及FT-IR等分析技术对样品进行了表征分析。结果显示,磁性粒子的形状类似颗粒状,并均匀地附在木材表面;γ-Fe₂O₃纳米粒子通过氢键作用与木材表面的羟基相互键合而成功附着在木材表面,并且具有良好的晶型,且磁性γ-Fe₂O₃纳米颗粒显示出良好的超顺磁性,经过改性的磁化材料具备很好的超疏水性。     

超疏水性织物的构建及其多功能性

 介绍了Young's、Wenzel、Cassie-Baxter模型等研究疏水性表面的基本理论,总结了宏观结构、微观结构、微观性能、毛细效应、化学组成等影响织物润湿性能的因素,综述了溶胶-凝胶法、层层自组装法、化学气相沉积法、化学刻蚀法、电纺丝法、聚合物成膜法、相分离法、辐射接枝法等超疏水织物表面的制备方法,预示了织物未来发展方向应为抗菌性、阻燃性、油水分离、超双疏、抗紫外性等多功能性研究,提出了目前超疏水性织物研究瓶颈及拟解决办法,展望了超疏水性织物的未来应用前景。     

沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂去除污水COD的研究

以生活污水为处理对象,通过对沸石、酸改性沸石、聚合氯化铝（ PAC）改性后的沸石、沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂进行COD去除对比试验.实验结果表明:沸石负载改性壳聚糖复合净水剂对COD有较高的去除率,对于COD浓度为400 mg·L-1的污水,在温度为25℃的条件下,经2 h搅拌接触, COD浓度可降至78 mg·L-1,去除率可达81;. SEM结果表明:壳聚糖部分包覆在沸石上,沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂对COD的去除机理是复合净水剂表面（及内部孔隙）吸附作用和离子交换作用.对于普通自来水厂,只需将快滤池中常用的石英砂部分替换成沸石负载接枝改性壳聚糖复合净水剂即可有效去除水中的COD.     

镁修饰丝光沸石对萘异丙基化选择性的影响

2,6-二异丙基萘是制备高级聚酯材料PEN和液晶聚合物的原料.用择形催化剂丝光沸石代替传统的Friedel-Crafts催化剂,在高压釜中以萘和丙烯为原料经异丙基化反应合成了2,6-DIPN.采用浸渍法用少量镁盐修饰水汽脱铝氢型丝光沸石(SDHM),减少了SDHM外表面的强B酸中心和非择形产物的生成,从而使2,6-DIPN的择形率提高到71%.2,6-DIPN/2,7-DIPN摩尔比达到2.89,有利于2,6-DIPN的分离提纯.     

N、Ce共掺杂TiO2的制备及其光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备沸石负载N、Ce共掺杂的二氧化钛光催化剂,以亚甲基蓝溶液为目标降解物研究该催化剂的光催化性能,并讨论催化剂浓度、pH值以及焙烧温度等对样品光催化性能的影响.结果表明:催化剂的焙烧温度为300℃时催化剂的催化活性最高,在反应体系中,催化剂浓度为60 g/L,pH=7时样品的光催化效率最佳,共掺杂的样品可见光活性高于单掺杂的样品.可见光辐射共掺杂的样品3 h,亚甲基蓝的去除率可以达65%.     

细粒软锰矿磁-疏水联合聚团研究

为了研究细粒软锰矿在磁场中的聚团行为,采用在磁场中浮选细粒软锰矿的方法,研究细粒软锰矿的磁-疏水聚团。EDLVO理论计算结果表明:经捕收剂作用的软锰矿,颗粒间的疏水引力较小且为短程力,难以有效克服长程的静电排斥力,聚集困难;外加磁场后,软锰矿颗粒之间磁性引力的力程较疏水力长并随颗粒之间距离减小而急剧增加,它与疏水力联合,有利于颗粒间的团聚。显微镜观察和粒度测试表明:与单一疏水聚团的颗粒相比,磁-疏水联合聚团表观粒度大,比表面积小。磁场对于细粒软锰矿的回收及其与脉石的分离有利,磁化-浮选人工混合矿,在品位稍微提高的基础上,MnO2回收率提高23%。     

溶剂热法制备十二胺改性的氧化石墨及其表征

为了改善氧化石墨的亲油性,获得能够在有机溶剂甲苯中稳定分散的氧化石墨,以改进的Hummers法制备的氧化石墨胶体为前躯体,通过溶剂热法,在不同的反应条件下用十二胺对氧化石墨进行改性,制备了疏水的功能化氧化石墨.采用X射线衍射、紫外-可见分光光度计、红外光谱、拉曼和接触角测试对所得产物进行表征,考察了反应条件对产物结构及疏水性的影响.结果表明:经十二胺处理后氧化石墨的—COOH能与十二胺中的胺基发生反应,生成酰胺基团;在120℃,3h溶剂热条件下经过十二胺处理后的氧化石墨表现出了较好的疏水性,能均匀分散在甲苯中,真空抽滤获得的氧化石墨薄膜接触角由未处理前的16.9°提高到101.7°.     

4A沸石/离子液体修饰碳糊电极的电化学行为及其对多巴胺的测定

以4A沸石和1-正丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体为修饰剂,制备了沸石/离子液体修饰碳糊电极,研究了该电极的电化学行为及其对多巴胺的选择性测定。实验表明:该修饰电极在铁氰化钾溶液中有一对明显的氧化还原峰,而且可逆性较好。在沸石/离子液体修饰电极上,抗坏血酸和多巴胺的峰电位差大约为225 mV;在抗坏血酸存在下,多巴胺的峰电流与浓度在5.0×10-8 mol·L-1到9.0×10-6 mol·L-1的范围内呈现良好的线性关系,检出限为4.9×10-9 mol·L-1(S/N=3)。该电极具有高灵敏性和稳定性,可用于多巴胺的检测。