碳纳米管/聚氨酯杂化膜的原位聚合构建及气体渗透性能

采用H2SO4/HNO3混酸处理得到不同氧化程度的多壁碳纳米管(MWCNT-COOH),再通过与4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、1,4-丁二醇(BDO)的预聚和扩链反应构建碳纳米管/聚氨酯(MWCNT-COOH/PU)杂化膜。利用傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)等分析表征多壁碳纳米管结构;探讨了多壁碳纳米管氧化程度和填充量对MWCNTCOOH/PU杂化膜的形貌和CO2、N2渗透性能的影响。结果表明,混酸处理后的多壁碳纳米管带有一定的含氧基团,并随氧化程度的提高,多壁碳纳米管的拉曼光谱G峰和D峰的强度之比(ID/IG)有所增大;氧化程度对多壁碳纳米管在溶剂和杂化膜中的分散性有较大影响,氧化程度越高,分散性越好;杂化膜的CO2、N2渗透性及CO2/N2渗透选择性随多壁碳纳米管氧化程度的增加有所增大,而随多壁碳纳米管填充量的增加表现出先增大后减小的趋势,当氧化程度较高的多壁碳纳米管(H-MWCNT-COOH)填充量为1.0wt%时,H-MWCNT-COOH/PU杂化膜的CO2渗透系数为67.8 Barrer,CO2/N2渗透选择性可达45,表明适量填充MWCNT-COOH能显著提高MWCNT/PU杂化膜的CO2渗透性及CO2/N2的渗透选择性。     

过硫酸盐激活协同可见光催化降解四环素的机理和降解路径

为了提升微污染水体中抗生素的降解效率,利用过硫酸钠（PDS）激活协同手性介孔TiO₂可见光催化（PDS/vis-TiO₂）对四环素（TC）进行降解。详细对比研究了以手性TiO₂作为催化剂的PDS激活（PDS/TiO₂）、可见光催化（vis-TiO₂）和PDS/vis-TiO₂三种体系中,降解污染物的活性物种和污染物降解路径等的差异。结果表明,不对称的螺旋堆积结构在手性介孔TiO₂中引入了丰富的Ti³⁺,不仅提升了其可见光响应,同时能够激活PDS生成自由基。PDS/vis-TiO₂体系中光生空穴h⁺和·OH等多种自由基可以同时参与TC的降解,5 h内其对TC去除率可达到95%以上,远超PDS/TiO₂体系（TC去除率为48.9%）和vis-TiO₂体系（TC去除率为71.1%）。PDS加入到光催化体系中,会受到光生电子的激活而产生自由基,从而消耗光生电子,提升光生空穴和电子的分离率,达到协同增强污染物的降解能力。另外PDS激活后产生自由基也会大大增加体系对TC的降解性能。密度泛函理论计算和中间产物分析结果表明,TC在PDS/vis-TiO₂体系中的降解路径包含了光生空穴h+攻击TC的降解路径,同时也包括自由基攻击TC的降解路径。     

碳纳米管/聚氨酯杂化膜的原位聚合构建及气体渗透性能

采用H₂SO₄/HNO₃混酸处理得到不同氧化程度的多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）,再通过与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、1,4-丁二醇（BDO）的预聚和扩链反应构建碳纳米管/聚氨酯（MWCNT-COOH/PU）杂化膜。利用傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）和透射电子显微镜（TEM）等分析表征多壁碳纳米管结构;探讨了多壁碳纳米管氧化程度和填充量对MWCNT-COOH/PU杂化膜的形貌和CO₂、N₂渗透性能的影响。结果表明,混酸处理后的多壁碳纳米管带有一定的含氧基团,并随氧化程度的提高,多壁碳纳米管的拉曼光谱G峰和D峰的强度之比（I_D/I_G）有所增大;氧化程度对多壁碳纳米管在溶剂和杂化膜中的分散性有较大影响,氧化程度越高,分散性越好;杂化膜的CO₂、N₂渗透性及CO₂/N₂渗透选择性随多壁碳纳米管氧化程度的增加有所增大,而随多壁碳纳米管填充量的增加表现出先增大后减小的趋势,当氧化程度较高的多壁碳纳米管（H-MWCNT-COOH）填充量为1.0wt%时,H-MWCNT-COOH/PU杂化膜的CO₂渗透系数为67.8Barrer,CO₂/N₂渗透选择性可达45,表明适量填充MWCNT-COOH能显著提高MWCNT/PU杂化膜的CO₂渗透性及CO₂/N₂的渗透选择性。     

离子液体微乳液合成纳米AgCl及AgCl/poly(MMA-co-St)杂化膜性能调控

在以离子液体氯化-1-十二烷基甲基咪唑(C₁₂mimCl)为表面活性剂,甲基丙烯酸甲酯(MMA)与苯乙烯(St)混合物为油相介质的反相微乳液中合成AgCl纳米粒子,进而采用微乳液原位聚合法制备AgCl/poly(MMA-co-St)杂化膜。通过紫外可见光谱和透射电镜分析了微乳液组成(油相介质组成和增容水量ω)对纳米AgCl粒子形貌的影响。结合扫描电镜和苯、环已烷的溶胀实验探讨了微乳液组成对杂化膜性能的调控作用。结果发现,微乳液油相介质中St/MMA体积比增大有利于在微乳液和杂化膜中获得更多纳米AgCl粒子,增加了杂化膜的苯平衡溶胀吸附量(A_∞,b)与苯/环已烷的平衡溶胀吸附选择性(α_s,b/c)。在St/MMA体积比为1：3时杂化膜的A_∞,b和α_s,b/c分别达到330mg·g^-1和19.21;但过多苯乙烯加入油相介质,其苯环中π键会破坏水核中AgCl粒子的稳定性而引起粒子团聚,从而降低了杂化膜的A_∞,b和α_s,b/c。反相微乳液中合成的纳米AgCl粒子量随ω增大而增多、粒径增大,杂化膜的A_∞,b和α_s,b/c随ω的增加而增大。但过高的ω导致微乳液中出现AgCl大粒子,从而引起杂化膜的A_∞,b和α_s,b/c下降。     

二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯/聚酰亚胺混合基质膜的原位聚合及气体渗透性能

以钛酸四丁酯为前驱体,采用浸渍-沉淀法制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合物,再将TiO_2-GO复合物与4,4'-(六氟异亚丙基)邻苯二甲酸酐和4,4'-二氨基二苯醚通过原位聚合构建TiO_2-GO/TiO_2-GO/PI(聚酰亚胺)混合基质膜,用于CO_2的渗透脱除.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重(TG)和Zeta电位等表征了TiO_2-GO复合物和TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构;探讨了TiO_2掺杂量对TiO_2-GO复合物及TiO_2-GO/PI混合基质膜的结构和气体渗透性能的影响.结果表明,TiO_2-GO复合物中TiO_2纳米粒子较均匀地沉积在GO片层上,TiO_2纳米粒子在形成的同时破坏了GO的结构,使其无序度增加.TiO_2的掺杂对TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构影响较小,但提升了TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2和N2渗透性能.但过量的掺杂使TiO_2粒子在GO片层上团聚,从而导致TiO_2-GO复合物在混合基质膜中的分散性变差,CO_2渗透性及CO_2/N2渗透选择性降低.当TiO_2掺杂质量分数为30%时,TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2渗透性为360 Barrer[1 Barrer=10~(-10)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·cm Hg)=7.5×10~(-14)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·Pa)],CO_2/N_2的渗透选择性可达31.     

氧化石墨烯-Ag纳米粒子/聚酰亚胺混合基质膜及其渗透汽化性能

以聚乙二醇(PEG-400)为还原剂,Ag NO3为前驱体,采用浸渍-还原法合成氧化石墨烯-Ag纳米粒子(GO-Ag NP)复合物,再通过共混法制备氧化石墨烯-Ag纳米粒子/聚酰亚胺(GO-Ag NP/PI)混合基质膜,用于苯/环己烷混合物的渗透汽化分离。使用透射电子显微镜、红外吸收光谱、拉曼光谱、热失重以及X射线光电子能谱等分析表征GO-Ag NP复合物、GO-Ag NP/PI混合基质膜的形貌和结构;探讨了Ag掺杂量对GO-Ag NP复合物的结构以及GO-Ag NP/PI混合基质膜的结构和渗透汽化性能的影响。结果发现,Ag+被还原形成Ag NP的同时,GO失去了部分含氧官能团;Ag掺杂破坏了GO的结构,使其无序度增加,但改善了GO-Ag NP复合物在混合基质膜中的分散性,提升了GO-Ag NP/PI混合基质膜的苯/环己烷渗透汽化性能。然而过量的Ag掺杂将使GO片层上产生Ag粒子团聚,从而降低混合基质膜的渗透汽化性能。当Ag掺杂量为15%时,GO-Ag NP/PI混合基质膜渗透汽化性能最佳,渗透通量为1 404 g·m-2·h-1,分离因子可达36.2。     

可见光响应的稀土离子掺杂TiO_2-还原石墨烯

利用吸附相反应技术耦合溶剂热处理过程,制备了可见光响应的La和Yb掺杂的TiO_2-还原石墨烯催化剂。结构表征和模拟海水中的苯酚光降解实验表明,吸附相反应制备后掺杂的稀土离子分散于TiO_2晶格结构中,促进了TiO_2从锐钛矿到金红石的转变从而形成混晶结构,并在催化剂中引入了少量Ti~(3+)离子。而Ti~(3+)的自掺杂作用可以显著提升催化剂的可见光响应和可见光催化活性,光降解5 h后对模拟海水中苯酚最高去除率在80%以上。可见光催化活性的大小是由催化剂中Ti~(3+)含量决定的,掺杂引入的混晶结构越多, Ti~(3+)含量越高,因而催化剂的可见光降解活性也越高。过多稀土离子会聚集在锐钛矿周围抑制晶型转变,减少了催化剂中的Ti~(3+)含量,也降低了催化剂可见光降解活性。     

离子液体微乳液合成纳米AgCl及AgCl/poly(MMA-co-St)杂化膜性能调控

在以离子液体氯化-1-十二烷基甲基咪唑(C12mimCl)为表面活性剂,甲基丙烯酸甲酯(MMA)与苯乙烯(St)混合物为油相介质的反相微乳液中合成AgCl纳米粒子,进而采用微乳液原位聚合法制备AgCl/poly(MMA-co-St)杂化膜。通过紫外可见光谱和透射电镜分析了微乳液组成(油相介质组成和增容水量ω)对纳米AgCl粒子形貌的影响。结合扫描电镜和苯、环已烷的溶胀实验探讨了微乳液组成对杂化膜性能的调控作用。结果发现,微乳液油相介质中St/MMA体积比增大有利于在微乳液和杂化膜中获得更多纳米AgCl粒子,增加了杂化膜的苯平衡溶胀吸附量(A∞,b)与苯/环已烷的平衡溶胀吸附选择性(αs,b/c)。在St/MMA体积比为1∶3时杂化膜的A∞,b和αs,b/c分别达到330 mg·g-1和19.21;但过多苯乙烯加入油相介质,其苯环中π键会破坏水核中AgCl粒子的稳定性而引起粒子团聚,从而降低了杂化膜的A∞,b和αs,b/c。反相微乳液中合成的纳米AgCl粒子量随ω增大而增多、粒径增大,杂化膜的A∞,b和αs,b/c随ω的增加而增大。但过高的ω导致微乳液中出现AgCl大粒子,从而引起杂化膜的A∞,b和αs,b/c下降。     

反相微乳液中AgCl纳米粒子的可控合成与AgCl/GMA-MMA-AMPS共聚物有机-无机杂化膜的研究

以2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)为表面活性剂,在甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合物为油相的反相微乳液体系中合成了AgCl纳米粒子,然后通过微乳液聚合制备了AgCl/GMA-MMA-AMPS共聚物有机-无机杂化膜,并用于苯/环己烷混合物的渗透气化分离.利用紫外-可见光谱及透射电子显...     

PVDF-增塑剂共混体系的结晶性及相容性

为提高聚偏氟乙烯(PVDF)的熔融可加工性,将邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、环丁砜(SFL)、三乙酸甘油酯(GL)以及碳酸丙烯酯(PC)等4种增塑剂分别用于PVDF的共混改性。采用示差扫描量热仪(DSC)、动态力学分析仪(DMA)以及电子拉力机等分别研究了PVDF-增塑剂共混试样的结晶性、相容性和力学性能。结果表明:当共混试样中增塑剂的质量分数小于10%时,增塑剂与PVDF具有很好的相容性,且共混试样具有很好的断裂强度和断裂伸长率;当增塑剂的质量分数大于10%时,增塑剂与PVDF的相容性变差,发生相分离。