基于电石渣的硬硅钙石晶须的制备与表征

利用水热合成工艺,以电石渣作钙源合成了硬硅钙石晶须.用HCl对电石渣进行酸洗除杂,采用控制电石渣浆pH值,Ca(OH)2选择性溶解的方法去除电石渣中的其它杂质.采用ICP、XRD、SEM和DSC-TG分析了电石渣酸洗后的杂质含量及产品的晶相组成、微观形貌和耐温性.结果表明:控制pH值让电石渣中的化学组分选择性溶出,可使电石渣得以净化,成为制备硬硅钙石晶须的钙源;不同酸洗pH值、水热合成温度及保温时间对电石渣钙回收率、杂质去除率及合成的硬硅钙石晶须形貌具有很大的影响.比较适宜的制备条件是:电石渣酸洗pH=8、水热合成工艺参数220 ℃保温20 h.制备出的硬硅钙石晶须长径比为100～400,最高使用温度可达1000 ℃.     

ZSM-5预晶化时间对SAPO-34/ZSM-5复合分子筛物化性质及MTO反应的影响

采用原位两步晶化法制备了SAPO-34/ZSM-5复合分子筛,考察了SAPO-34分子筛合成体系的晶化pH,进一步研究了ZSM-5预晶化时间对SAPO-34/ZSM-5复合分子筛物化性质及MTO催化性能的影响.采用XRD、SEM、BET和NH3-TPD等手段对分子筛样品进行表征分析.结果表明,ZSM-5预晶化不同时间合成SAPO-34/ZSM-5复合分子筛的结构、形貌和催化性质有较大影响.预晶化时间为6 h制得复合分子筛SZ-ZSM-5(6 h)形成紧密的复合相结构,表现出丰富的微-介孔的多级孔分布和适宜的弱酸位和中强酸分布等特性,在MTO反应中甲醇转化率为98.4;,低碳烯烃选择性为93.4;,催化寿命达1400 min,具有较优越的催化性能.     

减阻用表面活性剂溶液分子动力学模拟研究进展

减阻用表面活性剂在能源动力及化工领域有着广泛应用,在管道流体中加入少量表面活性剂可以使流动阻力大大降低从而节约能源,对于表面活性剂减阻机理的讨论也是近些年学者关注的热点之一.本文不仅对课题组前些年在表面活性剂溶液流变性、湍流减阻、减阻与传热的相关性、布朗动力学模拟方面的工作进行了概述,而且详细介绍了近三年来在表面活性剂粗粒化分子动力学模拟方面的研究成果.粗粒化模拟是近年来发展起来的方法,目前已广泛应用于化学、生物等诸多领域.在粗粒化分子动力学模拟方面的工作包括:表面活性剂溶液的流变性能与微观结构、表面活性剂溶液湍流减阻机理研究、湍流减阻失效分析三个部分.通过对表面活性剂溶液分子动力学模拟研究进展的回顾,作者认为,利用粗粒化分子动力学模拟方法可以合理揭示表面活性剂胶束的结构与流变性的对应关系,对胶束的断裂与再连接能力进行多维度的评价,如胶束的拉伸能、断裂能、最大拉伸长度、结合能、$\zeta$电势、疏水基驱动作用等方面.并对"黏弹说"减阻机理进行分子模拟层面的验证,对实际应用中的湍流减阻失效原理进行初步分析.最后,根据对近几年分子动力学模拟工作的总结,展望了未来粗粒化分子动力学模拟在表面活性剂方面的研究方向.      

MeCeOx(Me=In,Zr)固溶催化剂制备及催化合成碳酸二甲酯研究

采用液相共沉淀法制备了MeCeO_x(Me=In,Zr)双金属氧化物固溶催化剂。借助X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、程序升温还原(H₂-TPR)、程序升温脱附(CO₂-TPD、CH₃OH-TPD)及漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)等手段对催化剂物化性质进行了分析表征。在系统考察不同金属氧化物种类和掺杂量的基础上,对比研究了不同金属氧化物掺杂改性CeO₂制得固溶催化剂的结构性质及催化行为。结果表明:不同金属氧化物掺杂改性制得的MeCeO_x(Me=In,Zr)双金属氧化物,由于形成的固溶结构增大了氧空位缺陷浓度;InCeO_x具有最大的氧空位缺陷浓度和CO₂、CH₃OH分子化学吸附量;在反应压力1.0 MPa、反应温度140 ℃,反应空速(GHSV)3 600 mL/(g·h)、V(CO₂)/V(CH₃OH)/V(N₂)=4∶1∶5条件下,InCeO_x表现出优异的催化性能,碳酸二甲酯(DMC)选择性91.3%,CH₃OH转化率8.4%,碳酸二甲酯STY(时空产率)达0.11 g_DMC·h^-1·g^-1_cat。原位红外分析进一步揭示了氧空位活化CO₂及中间体单配位甲氧基的形成是碳酸二甲酯高选择性的关键。     

金刚石(001)面在Cu多种覆盖度下的稳定构型与电子特性

金刚石表面的电子特性很容易受到其表面覆盖物的影响,而目前表面稳定、性能优良的表面覆盖层依然处于研究与寻找中。本文研究的过渡金属Cu不仅在半导体微加工中被广泛使用,更由于过渡金属Cu与金刚石都具有优异的散热性能,因此Cu覆盖金刚石已经超出寻常电极使用的意义,其金属-半导体结构更具有表面修饰剪裁电子特性的功能。文中通过使用密度泛函模拟方法,研究了Cu的不同覆盖度(0.25 ML、0.5 ML和1 ML)下金刚石(001)表面的单原子吸附能、稳定构型以及稳定体系的能带结构特性。结果表明,各种覆盖度下的Cu原子在金刚石(001)表面具有较稳定的表面吸附构型,并且过渡金属Cu的覆盖使得金刚石(001)表面产生了约为-0.5~-0.3 eV的负电子亲和势,肖特基势垒高度约为-0.16~0.04 eV,这些理论结果与实验结果基本一致。因此过渡金属Cu作为表面覆盖层在金刚石基电子发射器方面具有重要的应用价值。     

微反应器策略实现γ-CuI的形貌调控

γ-CuI较宽的能带空隙及较高的离子电导率等特点，使其在光能利用和超快闪烁材料领域有着广泛的应用。γ-CuI的形貌往往对其结构性质有重要的影响，精准地调控其形貌有很大的意义。因此，本文采用微反应法，通过控制不同NH₃·H₂O用量、Cu源、管内反应停留时间及合成温度等因素，结合SEM、XRD和FT-IR等测试手段，对不同合成条件下制备得到的γ-CuI的晶型与形貌进行了研究。并对传统液相沉淀法和微反应法制备的γ-CuI进行了比较。结果表明，当NH₃·H₂O使用量(C_NH3·H2O/C_N2H4)为0.4、管内停留时间为10 s、反应温度为20℃的条件下达到90.5%的最高产率。其中，NH₃·H₂O的使用量对形貌的影响最大，当NH₃·H₂O的使用量为0.4时，合成了形貌均一的棒状γ-CuI。...     

可见光响应Fe3+-聚酰亚胺网络的合成及光诱导自由基聚合

将清洁、安全的太阳能(尤其是可见光)转化为化学能以合成高分子材料,一直是光催化领域的研究热点和难点.其关键问题是发展新型光催化材料,提升其在高分子合成环境下的光催化活性及稳定性.由于共轭微孔聚合物网络的独特优点,例如光电性能易调控、比表面积高以及结构相对稳定等,在光催化领域应用日益广泛.与其它共轭微孔聚合物网络相比,聚酰亚胺网络具有更高的光稳定性和耐化学腐蚀能力;同时,可用于合成聚酰亚胺网络的单体丰富,合成方法可靠,易于从分子层面调控其光电活性,提升其光催化活性.由于以上优点,基于聚酰亚胺网络的光催化体系在光诱导合成高分子材料领域展现出良好的应用前景.然而在实际应用中,聚酰亚胺网络却面临光催化活性不足的困扰.为解决此问题,本研究组曾设计,合成了以4,4',4'-三氨基三苯胺为核的聚酰亚胺网络,利用4,4',4'-三氨基三苯胺的给电子能力,促进聚酰亚胺网络中光生电子/空穴对的分离,有效提升了聚酰亚胺网络在可见光作用下对水相中有机污染物的光降解效率.在已有工作的基础上,本文设计、合成出一种新型聚酰亚胺网络,并通过配位作用,在聚酰亚胺网络网络中引入Fe^3+离子掺杂,提升其光催化性能,在有机环境中实现可见光诱导自由基聚合.首先,以三聚氰胺为电子给体单元,以1,4,5,8-萘四甲酸二酐为电子受体单元,通过酰亚胺缩聚反应构建出含电子给体-受体交替结构的聚酰亚胺网络(MPI);然后,通过浸渍法将Fe^3+离子引入到MPI网络内,制备出Fe^3+-聚酰亚胺网络(Fe@MPI).通过傅里叶变换红外光谱,粉末X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱对Fe@MPI的结构进行表征.结果显示,Fe^3+主要通过配位键的形式与MPI网络结合.同时,结合XRD谱图与扫描电子显微镜和透射电子显微镜结果可见,Fe^3+并非以氧化物或其它铁盐的形式简单地沉积在聚酰亚胺网络上,而是以Fe^3+-MPI配位作用均匀分布在MPI网络内.此外,XRD及氮气吸附实验结果表明,引入Fe^3+会破坏MPI网络的有序程度,导致复合材料的结晶度下降,但并不影响其多孔结构.通过紫外漫反射光谱和光电流谱对Fe@MPI的光吸收能力和光生电子/空穴对分离能力进行表征,结果显示,MPI网络与Fe^3+配位后,其光谱响应范围可拓宽至1250 nm,而其光电流响应强度也较纯MPI提升了3.5倍,表明引入Fe^3+配位可有效促进光生电子/空穴对的分离.基于其优异的光电性能,我们以Fe@MPI为光催化剂,在30℃下实现了甲基丙烯酸甲酯的可见光诱导自由基聚合,制备出分子量可达31.3×10^4 g mol^-1的聚甲基丙烯酸甲酯.同时,与MPI和FeCl3相比,Fe@MPI在相同条件下具有更高的催化效率,与其光电性能相吻合.最后,催化剂回收、循环实验表明,Fe@MPI易于回收,且具有良好的结构和性能稳定性:四次循环实验后,其结构和光催化活性均可基本保持不变.     

开展自助实验教学的实践与思考

通过具体的教学案例,就如何开展自助实验的教学,以及开展自助实验教学的前提条件进行了阐述,以期能对实验教学的改革起到抛砖引玉的作用.     

NaClO/Ca(OH)_2旋转喷雾脱硫脱硝的实验研究

在直径380 mm,高830 mm的工业旋转喷雾吸收塔模型上开展了NaClO/Ca(OH)_2混合液脱除烧结烟气中的SO_2和NO的实验研究,考察了溶液pH,模拟烟气温度,NaClO浓度,SO_2浓度,NO浓度这些操作参数对脱除效率的影响,得出最佳的实验工况为pH=10,T_g=60℃,m_s=6,并在此条件下进行了平行实验,实验结果表明脱硫、脱硝效率可分别达到98%和60%以上。