纳米Fe@SiO_2一步合成及其对Cr(Ⅵ)的去除

利用液相还原与改进的Stbr法相结合,在不使用表面改性剂和氨水的条件下,通过向原硅酸乙酯(TEOS)和氯化铁混合溶液直接添加硼氢化钾,一步合成了二氧化硅包覆的纳米铁复合材料(Fe@SiO_2).通过X射线粉末衍射(XRD)仪、能量色散X射线仪(EDAX)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收分光光度计、傅里叶红外(FTIR)光谱仪、X射线光电子能谱仪(XPS)等对所得样品的形貌、结构和组成进行表征.将制备的Fe@SiO_2用于水体中Cr(Ⅵ)还原去除并考察了TEOS添加量对其去除能力的影响.结果表明Fe@SiO_2具有清晰的核壳结构,多孔的SiO_2包裹1-2个球形纳米铁粒子.纳米铁粒径主要分布在20-30 nm之间,随着TEOS投加量的增加,SiO_2层变厚,纳米铁核具有更好的分散性.与未包覆型纳米铁相比,Fe@SiO_2对Cr(Ⅵ)的去除能力显著提高.TEOS投加量为0.1 mL所制备的Fe@SiO_3对Cr(Ⅵ)去除能力(以Fe的质量计算)达到量大,为466.67 mg·g~(-1),而未包覆型纳米铁仅为76.35 mg·g~(-1).     

介孔SiO_2/Fe_3O_4中空磁性复合微球的制备与表征

采用多步包覆法在自制的240nm的单分散SiO2微球表面进行β-FeOOH的包覆,在5wt%的NaOH溶液中去除核心SiO2后,得到β-FeOOH纳米结构空心微球。将单分散的β-FeOOH空心球作为内核,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,经水解缩聚反应得到空心核壳复合微球。在空气中焙烧(500℃,5h)对样品去除模板剂,并在还原气氛(5%H2/95%Ar,350℃,3h)下焙烧得到介孔SiO2/Fe3O4中空磁性复合微球。结果表明,所制得的介孔SiO2/Fe3O4中空磁性复合微球中的Fe3O4层厚度约60nm,是由Fe3O4纳米棒搭接而成的三维网络结构,复合微球的整体平均直径为390nm,比表面积较高约693m2·g-1,孔体积为0.63cm3·g-1,平均孔径为3.6nm,其饱和磁化强度可达13.6emu·g-1,同时较低的矫顽力(50Oe)有利于颗粒的再分散。     

不同复合体系对含钛高炉渣光催化还原Cr(VI)影响

采用煅烧的硫酸盐掺杂的含钛高炉渣(sulfate-modified titanium-bearing blast furnace slag,STBBFS)作为光催化剂,研究了Cr(VI)-柠檬酸[Cr(VI)-CA]复合体系和Cr(VI)-柠檬酸-硝酸铁[Cr(VI)-CA-FN]复合体系对STBBFS催化剂光催化活性的影响.结果表明:酸性条件下,不同复合体系对STBBFS催化剂光催化活性的促进作用按Cr(VI)-CA-FN复合体系>Cr(VI)-CA复合体系>Cr(VI)单一体系增强.Cr(VI)-CA复合体系在pH=2.5,反应50 min后STBBFS催化剂光催化活性为0.426 mg·min-1·g-1时将溶液中的Cr(VI)全部还原;而Cr(VI)-CA-FN复合体系在pH=2.5,反应16 min后STBBFS催化剂光催化活性为1.2425 mg·min-1·g-1时将溶液中的Cr(VI)全部还原.两种复合体系中,Cr(VI)离子的光催化还原过程都遵循L-H动力学规律,虽然加入CA和FN后,降低了吸附对光催化还原Cr(VI)的影响,但是Cr(VI)吸附至催化剂表面仍然是整个反应过程的关键.     

CdS/SiO2纳米棒核/壳结构的制备和发光性能

利用在醇介质中氨水催化水解硅酸乙酯（TEOS）制备SiO2来包覆半导体CdS纳米棒而形成CdS/SiO2核/壳结构.通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）证实SiO2包覆壳层为非晶，且壳层厚度随TEOS浓度的增大而增加，在10～30 nm之间.并研究了其紫外 可见吸收光谱（UV Vis）和荧光发射光谱(PL)的性质.     

液相沉积法制备TiO2颗粒表面包覆SiO2纳米膜

研究了用液相沉积法在TiO2颗粒表面包覆SiO2纳米膜的过程.通过透射电镜(TEM)和酸溶实验分析,证实本实验在TiO2颗粒表面包覆了一层连续、致密的SiO2纳米膜.ζ-电位分析表明,颗粒表面只需少量包覆就可以显著改变颗粒表面的电动力学行为.采用 X射线荧光光谱分析仪（XRF）测定SiO2包覆量随包覆过程的变化.通过X射线光电子能谱（XPS）分析,获得Ti 2p、Si 2p及 O 1s电子结合能及其相对强度随包覆过程的变化规律,揭示硅酸分子在TiO2颗粒表面的包覆过程.分析表明,初期形成的活性硅酸分子与TiO2颗粒表面的羟基反应形成Ti－O－Si键,后期形成的硅酸分子与已键合在表面的硅酸发生缩合反应,形成连续致密的硅膜,膜层在陈化过程中继续缓慢生长.     

单分散PS/SiO_2纳米复合微球的制备与表征

采用一种简单和低成本的方法制备单分散SiO2包覆聚苯乙烯(PS)(PS/SiO2)核-壳型纳米复合微球.首先在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下制备了PS纳米微球,然后在NH4OH/乙醇溶液中通过溶胶-凝胶过程在PS微球表面包覆SiO2.PS纳米微球的制备在水介质中进行,无需使用共单体,使用的是常用的过硫酸钾自由基引发剂;包覆处理前不用进行溶剂交换或离心处理.研究了PVP,NH4OH和原硅酸乙酯(TEOS)的用量对PS/SiO2纳米复合微球尺寸和形态的影响.随着PVP用量增加,PS微球变小,因此得到较小的PS/SiO2纳米复合微球;NH4OH用量对SiO2包覆层的厚度没有影响,但对SiO2包覆层的表面形态有影响,随着NH4OH用量增加包覆层表面变得粗糙;随着TEOS溶液用量增加,生成的SiO2增加,其包覆层的厚度增加.     

钒替代对碳包覆硅酸铁锂复合材料结构的影响(英文)

以廉价的硝酸铁为铁原料,通过溶胶-凝胶和固相反应法制得碳包覆硅酸铁锂(Li2FeSiO4/C)正极材料.以偏钒酸铵(NH4VO3为)钒原料,按理论计算量5%、10%、15%、20%、25%、30%和50%制得钒替代Li2FeSiO4/C复合材料(Li2Fe1-x Vx SiO4/C).结果表明,Li2FeSiO4/C(主相P21/n)结晶良好,基本无杂相,而Li2Fe1-x Vx SiO4/C(主相P21/n)存在主要杂质偏硅酸锂和钒/铁氧化物.Li2FeSiO4/C和Li2Fe0.95V0.5SiO4/C电极C/16(室温)的首次放电比容量分别达160.9 mAh·g-1和130.8 mAh·g-1.钒替代量增加,无定形碳的石墨化程度增强,碳包覆量却减少.钒替代量直接影响钒/铁氧化物的形成量,导致Li2Fe0.95V0.5SiO4/C电极电化学性能较差.     

单分散空心SiO2纳米微球的合成与表征

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)功能化的聚苯乙烯(PS)粒子在SiO2包覆的同时被乙醇/氨水介质溶解, 得到了单分散空心SiO2纳米微球. 该空心SiO2纳米微球的尺寸和形态可以通过PVP, NH4OH和正硅酸乙酯(TEOS)的用量来调节. PVP用量增加导致PS粒子变小, 从而得到较小的空心SiO2纳米微球; NH4OH用量增加, 空心SiO2纳米微球表面变得粗糙; TEOS用量增加, 空心SiO2纳米微球的壳层厚度增加. 包覆(溶解)温度是控制空心SiO2纳米微球形成的最有效手段. 在70 ℃的包覆(溶解)温度下可以获得全部空心的SiO2纳米微球.     

水热法制备氧化钇空心纳米花及其吸附性能

采用水热法制备单分散、粒径均一的碱式碳酸钇(Y(OH)CO3)前驱体,经过高温煅烧处理得到氧化钇(Y_2O_3)空心纳米花。通过傅里叶转换红外分析(FT-IR),场发射扫描电子显微镜(FESEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD),X射线能谱(XPS)以及N2吸-脱附等来表征样品,并研究了Y_2O_3空心纳米花吸附重铬酸钾(K2Cr2O7)的能力。实验结果表明:水热法制备的前驱体为Y(OH)CO3,经高温煅烧处理得到立方相Y_2O_3空心纳米花,尺寸约140 nm,比表面积为15 m2·g-1,讨论了Y_2O_3空心纳米花的形成机理。水热法制备的Y_2O_3空心纳米花对K2Cr2O7溶液的去除率可高达88.5%,吸附量为11.06 mg·g-1,约为Y_2O_3粉末的6倍。     

二氧化钛纳米管阵列光电催化同时降解苯酚和Cr(VI)

采用电化学阳极氧化法在纯钛箔基底上制备了TiO2纳米管阵列,并运用X射线衍射、扫描电镜和电化学工作站对其进行了表征.结果表明,所制样品是锐钛矿相,管径约为100nm,管长约为2μm,在0.5V偏压下光电流最大.以苯酚和Cr(VI)混合溶液为目标污染物,考察了TiO2纳米管阵列光电催化同时去除苯酚和Cr(VI)的反应性能...     

功能化有序介孔碳对重金属离子Cu(II)、Cr(VI)的选择性吸附行为

以三嵌段共聚物F127为模板剂, 酚醛树脂为碳源, 正硅酸乙酯为硅源, 三组分共组装合成介孔碳?氧化 硅纳米复合物, 再经HF去除氧化硅, 得到有序介孔碳(OMC). X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、低温 N2吸脱附(BET)等测试表明, 所得样品具有高度有序的介孔结构, 比表面积和孔容分别为1330 m²·g^-1和2.13 cm³·g^-1, 平均孔径6.4 nm. 对其先氧化、后氯化、再胺化, 得到不同胺基接枝量的胺化介孔碳(C-NH₂(m), m为加入的乙二胺的质量(g)). 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱表征结果证实, 胺基官能团成功接枝到有序介孔碳表面.TEM测试表明介孔碳的有序孔道结构得到了较好的保持. 以有序介孔碳、胺化介孔碳作吸附剂对Cu(II)、Cr(VI)进行选择性吸附研究. 结果表明: 功能化修饰前, 样品对Cu(II)、Cr(VI)饱和吸附量分别为213.33、241.55 mg·g^-1; 修饰后饱和吸附量可分别达到495.05、68.21 mg·g^-1. 功能化介孔碳表现了较强的选择性吸附Cu(II)的能力.     

负载Cr_2O_3的H_2Ti_2O_5·H_2O纳米管的制备及其作为锂离子电池正极材料的电化学性能

限制纳米电极材料倍率性能的一个重要因素是,在大电流下充放电时,纳米结构可能坍塌,造成容量迅速衰减.通过异价离子的掺杂或第二相的负载有可能弥补纳米材料的这一缺陷.本文以含有Cr2O3的锐钛矿TiO2为原料,通过超声化学-水热法,制备了负载Cr2O3的H2Ti2O5·H2O纳米管.采用X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对制得的H2Ti2O5·H2O/Cr2O3纳米管的晶体结构和微观形貌进行了表征和分析.恒流充放电测试显示,H2Ti2O5·H2O/Cr2O3(5%(w,质量分数))纳米管作为锂离子电池阳极材料具有优异的循环稳定性及倍率性能.在150mA·g-1的电流密度下,H2Ti2O5·H2O/Cr2O3纳米管的首次放电容量达到288mAh·g-1;120次循环后,充放电容量仍保持在145mAh·g-1.在1500mA·g-1的电流密度下,首次放电容量为178mAh·g-1;600次循环后,充放电容量保持在80mAh·g-1以上;继续在150mA·g-1电流密度下充放电30个循环,充放电容量达到155mAh·g-1,显示出充放电容量的可回复性.循环伏安测试结果表明,H2Ti2O5·H2O/Cr2O3纳米管的充放电过程由法拉第赝电容反应控制.该一维纳米结构在锂离子电池和非对称电容器领域显示出良好的应用前景.     

二氧化硅包裹铋基黄色料的制备及其稳定性

采用沉淀法合成了主要成分为Bi_0.82V_0.45Mo_0.55O₄和Na_0.5Bi_0.5(MoO₄)的铋基黄色料,再用水解法对色料进行SiO₂包裹,制得了一系列耐酸性和耐温性均有较大幅度提高的包裹型色料。 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线荧光光谱(XRF)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对色料进行了表征。 研究结果表明,在V(H₂O):V(TEOS)=1:18、摩尔比n(Si)/n(Bi)=4、反应温度T_b为45 ℃、滴加水的速度v_d≤0.3 mL/min的条件下,可获得厚度为100 nm左右、均匀致密的二氧化硅包裹层,且包裹色料呈鲜艳明亮的绿相黄,其色度参数L^*、a^*和b^*值分别为78.85、-6.85和71.63;该条件下所得包裹色料的耐酸性和耐温性最佳,色料浸泡于1 mol/L的盐酸中30 min损失量由未包裹色料的100%降至28.25%,耐温性由未包裹色料的600 ℃提升到860 ℃。     

介孔Fe/SBA-15非均相芬顿氧化水中难降解染料罗丹明B

以介孔二氧化硅SBA-15 为载体, 采用等体积浸渍法制备了Fe/SBA-15. 通过X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对其进行了表征, 并用于对水溶液中罗丹明B (RhB)的芬顿氧化. 表征结果表明了Fe/SBA-15维持了长程有序的介孔结构, 孔径和比表面积都有所下降, 并呈现棒状体的聚集态, 平均直径为0.6 μm. Fe 以α-Fe₂O₃的形态同时存在于介孔孔道内外. 在Fe/SBA-15 和H₂O₂同时存在条件下RhB的去除是吸附和催化氧化降解的协同作用所致, 并且与Fe/SBA-15 投加量密切相关, 但与初始溶液pH 几乎无关. 当Fe/SBA-15 投加量为0.15 g·L^-1, RhB 初始浓度为10.0 mg·L^-1,H₂O₂/Fe³⁺摩尔比为2000:1,初始溶液pH为5.4和反应温度为21 ℃时, RhB去除率达到了93%. Fe/SBA-15的Langmiur 单分子层饱和吸附量为99.11 mg·g^-1. 此外, 采用H₂O₂浸泡方式对使用过的Fe/SBA-15可进行再生,连续6 次循环使用后仍可维持80%的RhB去除率, 且每次使用后Fe浸出浓度都在0.1 mg·L^-1 (或者0.6% (质量分数))以下. 基于淬灭实验、UV-Vis 光谱和气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪分析的结果, 提出了RhB的去除机理. 非均相芬顿催化剂Fe/SBA-15可用于去除像RhB这样的生物难降解有机物.     

SPES/PWA/SiO_2复合质子交换膜的性能

以磺化聚醚砜(SPES)为基体,以不同比例的SiO2溶胶与磷钨酸(PWA)为掺杂物,制备了一种有望用于直接甲醇燃料电池(DMFC)的新型SPES/PWA/SiO2有机-无机复合膜,并经热失重分析(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电镜(SEM)-X射线能谱分析(EDX)等对膜的结构和性能进行了表征,探讨了复合膜用作质子交换膜的可能性.结果表明:复合膜较纯SPES膜具有更高的热稳定性、玻璃化转变温度和吸水率;虽然在室温和电池操作温度(80℃)下,复合膜的拉伸强度均低于纯SPES膜,但即使当SiO2含量高达20%(w)时,复合膜的拉伸强度仍高于Nafion112膜的;SEM图片显示SiO2和PWA在膜中分布均匀,这将有利于连续质子传输通道的形成.对于SiO2含量为15%(w),PWA含量为6%(w)的复合膜,其室温质子传导率达到了0.034S·cm-1,与Nafion112膜的相当,但其甲醇渗透率明显降低,仅为商用Nafion112膜的七分之一左右,这表明该复合膜在直接甲醇燃料电池中具有良好的应用前景.     

氨基功能化SBA-16对CO_2的动态吸附特性

采用浸渍法将四乙烯五胺(TEPA)负载到介孔分子筛SBA-16的孔道内,形成功能化的介孔材料用于CO2的吸附.利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、氮气物理吸附-脱附和热重分析(TGA)等方法对样品进行了表征.通过动态吸附对不同TEPA浸渍量的SBA-16的CO2吸附性能和再生性能进行研究.结果表明:修饰后的SBA-16仍然保持有序的孔道结构,但样品的孔道有序度降低,比表面积、孔容、平均孔径都减小.样品对CO2的饱和吸附容量和穿透吸附容量随着TEPA浸渍量的增加而增加.60℃时,30%TEPA浸渍量的样品的穿透吸附容量和饱和吸附容量达到最大,分别为0.625和0.973mmol·g-1.在60-80℃,样品的动态吸附性能稳定.经过20次吸附-脱附循环后,样品的饱和吸附容量仅降低了6.45%.采用失活模型对CO2的吸附穿透曲线进行模拟,该模型能够很好地模拟样品对CO2的吸附过程.     

活性炭纤维电吸附重金属及磺胺甲恶唑性能研究

使用盐酸对吸附剂活性炭纤维（activated carbon fiber,ACF）进行改性,通过SEM、BET和FTIR对改性前后的ACF形貌及结构进行系统表征发现,改性后ACF较改性前表面杂质减少且沟壑更加明显,比表面积提高22%,微孔体积增加5%,含氧官能团（C-O和C=O）明显增多. 以水中重金属离子（Zn(II)及Cr(VI)）和抗生素磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole,SMX）为目标污染物,研究改性后ACF对目标污染物的吸附（静吸附和电吸附）性能,考察了浓度、pH、外加电压对吸附的影响. 结果表明,ACF用量为5 g,电压为1.2 V,Zn(II)、Cr(VI)及SMX浓度均为10 mg·L^-1,Zn(II)溶液pH为5时,ACF吸附水中Zn(II)的最大吸附量为9.25 mg·g^-1,是静吸附条件的2.15倍;Cr(VI)溶液pH为4时,ACF吸附Cr(VI)的最大吸附量为8.86 mg·g^-1,是静吸附条件的1.96倍;SMX溶液pH为6时,ACF吸附SMX的最大吸附量为8.32 mg·g^-1,是静吸附条件的1.84倍. ACF吸附Zn(II)、Cr(VI)及SMX的动力学曲线均符合准二级动力学模型,吸附过程为化学吸附. Freundlich等温模型能更好地描述ACF对Zn(II)、Cr(VI)及SMX的吸附特性,其吸附形式为多分子层吸附. ACF通过电极反接方式进行循环再生,脱附速率快且脱附效果明显,经4次循环再生后,ACF对Zn(II)、Cr(VI)及SMX的去除率均在90%以上.     

CuFe@SiO_2催化剂的制备及其在CO加氢合成低碳醇中的应用

采用共还原-原位包覆法制备一系列SiO_2包覆铜铁双金属纳米颗粒的催化剂(CuFe@SiO_2),借助N_2物理吸附、XRD、TEM、SEM-EDS、XPS和H_2-TPR等手段对不同Cu/Fe物质的量比的CuFe@SiO_2催化剂的物理化学性质进行了表征,并考察了催化剂在CO加氢合成低碳醇中的催化反应性能。结果表明,所制得的催化剂均为孔分布处于介孔范围的SiO_2包覆的铜铁纳米颗粒。随着Cu/Fe物质的量比降低,铜铁以复合氧化物存在的比例、总醇及C_(2+)OH选择性先增大后减小。其中,总醇及C_(2+)OH选择性在Cu/Fe物质的量比为1时达到最大,这是由于此时催化剂存在较多的CuFe_2O_4复合氧化物,铜铁协同作用较强,同时催化剂也呈现较大的比表面积及孔容,有利于所生成的醇更快扩散至催化剂表面而避免二次加氢生产烃类。     

Fe/SiO_2纳米复合物上合成气制低碳烯烃催化性能研究

分别采用一步合成法和常规共沉淀法制备了Fe/SiO2催化剂,通过N2物理吸附、X射线衍射、透射电镜、傅里叶变换红外光谱和程序升温还原等方法对催化剂进行了表征,并在固定床反应器中对其费托合成制低碳烯烃的催化性能进行了评价。结果表明,与共沉淀铁基催化剂不同,采用一步合成法制备的纳米复合物主要由Fe3O4相构成,形貌呈规则球形,平均粒径为30 nm,尺寸分布窄,更容易还原。一步合成法制得的Fe/SiO2催化剂对费托合成反应具有较高的活性和低碳烯烃选择性、较低的甲烷选择性和良好的稳定性。     

Enhanced Adsorption of Hexavalent Chromium onto Magnetic Calcium Ferrite Nanoparticles: Kinetic,Isotherm, and Neural Network Modeling

Calcium ferrite nanoparticles with super-paramagnetic behavior were synthesized via simple chemical precipitation method for effective removal of hexavalent chromium from aqueous media. The properties of synthesized nanoparticles were studied by X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscope (FESEM), Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, Brunauer-Emmett-Teller (BET), and vibrating sample magnetometer (VSM) measurements. The ferrite nanoparticles have shown polycrystalline nature and high BET specific surface area (229.83 m²/g) with active functional groups on the surface. The adsorption process follows second-order kinetics with the involvement of intra-particle diffusion and adsorption capacity as much as 124.11 mg/g was determined from the Langmuir isotherm. The thermodynamic analysis revealed that the adsorption process was feasible, spontaneous, and exothermic in nature. A three-layer feed-forward back-propagation artificial neural network (ANN) model was employed to predict the removal (%) of Cr(VI) ions as output. Optimal ANN network (4:8:1) shows the minimum mean squared error (MSE) of 0.00161 and maximum coefficient of determination (R²) of 0.984. The adsorption process is mostly influenced by solution pH and followed by adsorbent dosage, initial Cr(VI) concentration, and contact time as illustrated by sensitivity analysis. With small size and high surface area, biocompatibility, ecofriendly nature, easy magnetic separation, and enhanced adsorption capacity towards Cr(VI), calcium ferrite nanoparticles will find its potential application in wastewater remediation.