天然矿物在CVD法合成碳纳米管中的应用

化学气相沉积(CVD)合成碳纳米管时,催化剂具有重要的作用。实验证实,一些天然矿物也是潜在的催化剂材料,能在高温下裂解乙炔合成碳纳米管。吸附性能良好的坡缕石和海泡石是优异的催化剂载体,负载钴制备碳纳米管的直径均匀细小;钛酸脂改性后的坡缕石能释放金属铁,并催化碳纳米管的生长;由于矿物晶格中含有催化剂金属离子,大洋锰结核是天然的催化剂。采用矿物催化剂,成本低廉,能够获得碳纳米管与矿物的复合材料,拓宽矿物的应用领域。     

PVC／蒙脱石（粘）土纳米复合材料研究进展及其应用

总结分析了PVC／蒙脱石（粘）土纳米复合材料的研究进展，并对其应用进行综述。采用熔融插层、悬浮聚合及乳液聚合等方法可以制备PVC／蒙脱石（粘）土纳米复合材料，并被应用到工程材料、阻隔性材料、功能性材料等领域。PVC／蒙脱石（粘）土纳米复合材料与传统的复合材料相比，表现出了更优越的综合性能，且比传统的复合材料轻，具有高强度、高模量、高耐热性、低吸湿性、高尺寸稳定性、阻隔性能好，性能全而超过了PVC树脂。PVC／蒙脱石（粘）土纳米复合材料不仅具有良好的加工性能，与普通的玻璃纤维增强和矿物增强PVC相比，具有密度低、耐磨性好、综合性能优等特性。     

煅烧温度对ZnCr-LDO的形貌、晶体结构及光催化活性的影响

<正>近年来,随着半导体光催化剂研究的不断深入,光催化这一领域以对Ti O2、Zn O的研究为代表吸引了众多学者的目光。金属氧化物作为一类重要的催化剂,其具有的优异的催化性能、高比表面积、良好的化学稳定性使之成为光催化剂的不二选择。纳米颗粒由于具备尺寸小、比表面积大、表面活性位点较多等性能赋予其独特的电子结构,使得纳米材料在催化反应领域具有广泛的应用前景。因此,设计和制备高效纳米金属氧化物光催化剂对于解决环境与能源问题具有重要的意义。另外,可见光响应型光催化剂是直接高     

生物质炭负载纳米零价铁对水中硝态氮的还原去除机理研究

采用液相还原法成功制备纳米零价铁,并组装出生物质炭负载纳米零价铁复合材料(NZVI/BC)。XRD图谱显示,NZVI/BC由生物质炭(BC)和纳米零价铁(NZVI)两种成分复合而成;SEM图像显示,加入生物质炭之后,NZVI颗粒在炭表面分散良好。研究考察溶液p H值、还原剂投加量、铁/炭比和NO-3初始浓度等因素对NZVI/BC还原性能的影响。结果表明,NZVI/BC显示出优良的还原性能。在相同条件下,反应2 h,NZVI对NO-3的去除率为75%,而NZVI/BC对NO-3的去除率为96%。NZVI/BC是一种具有应用前景的硝态氮净化材料。     

柱撑粘土复合材料的研究进展及其在环境污染物治理方面的应用

以具有片状或层状结构以及较为规整的大孔结构的粘土材料为母体,在其层间引入不同阳离子化合物为柱化剂而合成出性能各异的新型柱撑粘土 (pillared clay)复合材料及其应用是目前环境地球化学研究中备受瞩目的研究前沿之一.对柱撑粘土复合材料的制备进展及其在环境污染治理中的应用进展进行了系统的综述,详细探讨了各种合成影响因素如有机阳离子、无机阳离子以及两者联用柱化剂的选择、复合材料热处理过程、表面酸化预处理等手段对合成柱撑粘土复合材料的制备及性能的影响,同时还对柱撑粘土复合材料在水体和大气环境中毒害有机污染物治理方面的应用进行了比较详细的综述.     

TiO2/浮石复合材料降解有机污染物亚甲基蓝的实验研究

利用天然浮石的孔隙结构和小比重等特点,以浮石为原料、TiOSO4为TiO2前驱体,采用水热合成法,在200℃、15 h条件下,制备出可漂浮的TiO2/浮石复合材料.采用10×10-5mol/L亚甲基蓝水溶液,在紫外光下进行光催化实验.并用紫外可见分光光度计检测亚甲基蓝浓度变化.实验结果表明,TiO2/浮石复合材料能够降解亚甲基蓝.该材料的孔隙结构对亚甲基蓝有聚集作用,促进了负载的TiO2的光催化性能的发挥.因为成本低廉,性能优越,TiO2/浮石复合材料在有机污染物治理方面具有很大的应用潜力.     

有机骨架材料充填地下溶洞的支护性能及稳定性分析

基于有机骨架材料的吸附作用,分析有机物质降低岩石矿物电解质的电导性质的作用机理,通过渗透试验、抗疲劳试验等验证了有机骨架材料良好的透水性能、抗疲劳性能、抗冲击性能及胶结泥化性能,在静载条件下对实际溶洞进行充填应用,验证了充填效果及材料性能,并建立仿真模型研究了下沉位移的变化规律。结果表明:有机复合材料能够使矿物元素活度系数变小,介电常数降低,与矿物颗粒结合后会形成稳定的晶格结构;有机骨架材料作为治理溶洞的充填材料,其结构性、耐久性都优于传统的充填材料,可满足岩溶地面塌陷治理工程中强度、稳定性与渗透性的材料要求,有效的提高了基础的抗沉降能力;实际充填施工过程中的数值分析与现场监测的位移变化规律与沉降趋势都具有较好的一致性,表明数值模拟的计算参数选取合理,得出的仿真变形规律可应用于指导工程施工。      

黏土矿物功能化的界面模拟

目前黏土矿物的理论研究,主要还停留在研究矿物在环境变化影响下的结构变化。为了提高黏土矿物的产品附加值,人们开始关注黏土矿物的深加工改性与综合利用。关于黏土矿物表面和本征结构改性的计算模拟在国内外已经初步展开,但仍有待深入研究[1-2]。如何有效地结合理论和实验研究,阐明黏土矿物功能化后的结构与性能变化,是矿物材料的一个研究重点。课题组通过系统分析黏土矿物功能化过程中铝、硅骨架的改变程度,研究探讨铝硅酸盐及其衍生产物在表面改性和本征改性下的几何结构和电子、光学性能变化。以Sb2S3/二氧化硅纳米管表面结构的理论模型为例,通过DFT计算研究了功能纳米颗粒在有机功能化黏土矿物表面负载的界面机理[3],研究了功能化前后几何结构与电子结构的变化及纳米颗粒尺寸效应的影响、硅氧四面体外表面嫁接巯丙基在吸附纳米颗粒中起到的作用,发现当杂化纳米复合物各个组分的电子结构发生显著杂化,其主要光学性能由负载的纳米颗粒的电子结构决定,并证实了从功能颗粒到矿物基体的电荷转移,且DFT计算得到的电子结构信息将有利于未来对这类复合材料的原子尺度研究,可为以功能化黏土矿物表面结构为多功能基体合成功能特性可调的纳米复合材料提供理论借鉴。结合DFT计算,研究了由凹凸棒石为硅源制备的Au/Al-MCM-41的电子结构和光学性能,以及金和Al-MCM-41基体的相互作用,发现所制备材料相对于Au-MCM-4l材料的吸收边蓝移源于黏土矿物中的Al源的电荷补偿效应[4]。在研究埃洛石制备含铝介孔二氧化硅管的过程中铝脱除过程和硅缩聚过程的原子结构变化时,结合实验表征及DFT计算,发现NMR谱随硅氧结构变化的总体趋势与一般经验规律相似,即与Q3结构成键的Al越少则NMR化学位移数值越低[5]。课题组正在开展的研究工作主要集中在黏土矿物脱Al后氢键重构作用下Si原子附近局域产生的结构形变,分析负载埃洛石表面的局域结构和电子性能变化,以期深度解析埃洛石表面功能化后Al原子与负载原子的电荷转移,以及埃洛石基体和表面负载的纳米功能颗粒的电子转移规律,为矿物基复合功能材料的性能提升提供思路。     

锂电气石/玻璃复合材料的制备与应用

电气石具有压电性和热电性,在温度和压力的变化下即能引起电气石晶体之间的电势差,这种静电压很高,它能促使周围的空气发生电离,被击中的电子附着于邻近的水和氧分子并使它转化为负离子[1]。针对该特性,本实验将超细锂电气石粉体和高温釉料以1:5的质量比混合,采用丝网印刷的方式将混有锂电气石的釉料均匀印到充分清洁后的玻璃表面,进行烘干处理后将表面带有釉料的玻璃置于500℃的钢化炉中进行烧制,再利用强冷风使其表面急剧降温,进而制备出新型的锂电气石/玻璃复合材料。在此基础上,根据国家标准空气负离子量测试方法,将锂电气石/玻璃复合材料放置于符合标准规范要求的实验仓(环境温度23℃、湿度25%、无噪声无其他电子设备干扰)[2]内,选用美国产AIC1000型空气负离子浓度仪对仓内负离子浓度进行测试,其负离子浓度可达到7190 ions/cm3。在相同的实验环境下,用同样的测试方法测得空气中负离子浓度为445 ions/cm3。结果表明,新制备出的锂电气石/玻璃复合材料放在相同空气环境下所释放的负离子数远远超过了空气中的负离子浓度。由此可见,将锂电气石与釉料相结合制备出的新型锂电气石/玻璃复合材料能够同时发挥锂电气石和钢化玻璃的性能优点,是一种既能释放负离子又具有高承载力、高抗压抗冲击性的绿色安全玻璃。     

膨润土在土木工程中的应用与机理

由于膨润土中蒙脱石矿物特殊的晶体结构,使其具备了许多优良的技术物理特性。从而使膨润土作为各种地下工程结构和屋面的防水材料、岩土裂隙灌浆材料、槽孔护壁稳定材料以及矿岩防灭火材料等,在土木工程中得到日益广泛的应用。并显示出良好的应用前景。     

矿物组合基太阳能储热材料的制备与性能调控

通过利用非金属矿物的储热特征装载相变功能体制备矿物基复合相变材料是高效太阳能储热材料低成本制备的重要研究方向[1]。但非金属矿物存在导热性能差的问题,因此,一些高导热材料被添加至矿物基复合相变材料,提高材料的导热系数。Sar?和Karaipekli[2]采用膨胀珍珠岩稳定月桂酸制备珍珠岩基太阳能储热材料。为了提高其导热系数,通过加入膨胀石墨至复合物中,导热系数由0.07 W·m-1·K-1提升至0.13W·m-1·K-1。但是,加入膨胀石墨后,复合材料的储热容量降低了7%,这个现象同样出现他们有关的研究工作中[3-4]。因此,必须研究更有效的策略解决这个问题,也就是说,当提升复合材料的导热系数的同时,须兼顾提升其储热容量。本文以膨润土(bentonite,B)和石墨(graphite,G)为原料,通过简单组合和微波酸强化组合方式合成了GB和GBm两种支撑基体,再通过真空浸渍法装载硬脂酸(SA),制备了SA/GB和SA/GBm两种矿物组合基太阳能储热材料。采用FTIR、AFM、SEM等手段研究了材料微结构;制备的SA/GBm的储热容量和导热系数比SA/GB的分别提高了62%和31%。     

CoMnAl-LDH/LDO的制备及表征

近年来,设计和制备具有高活性和稳定性的异相催化剂成为国内外研究热点,其主要关注面分为以下3点[1]:1)怎样设计活性位点高度分散的催化剂以达到最大限度利用材料资源的目的;2i)针对某一具体的工业过程,怎样在原子水平上调节活性位点的几何和电子状态,设计高选择性的催化剂;3)怎样提高活性位点的稳定性得到长期使用和循环的催化剂。材料的催化性能由它的电子结构决定,特别是表面和界面的电子结构。而电子结构又受材料的表面形态和活性位点的结构影响。因此,通过调节材料的纳米结构来组装电子结构,是设计高活性和选择性催化剂的有效方法 [2]。LDH的二维层状结构被认为是设计吸附剂和催化剂材料的优选模板。其关键因素是LDH的MII和MIII阳离子是分布在一个统一的规整的羟基层中,而不是像阳离子那样成簇或成团。这一特征结构使得LDH成为具有特殊形貌和表面结构的活性位点高分散的纳米催化剂[3]。本研究分别采用共沉淀法、静态尿素法和动态尿素法合成配比为4:1:1的Co Mn Al-LDH,并在500℃煅烧得到LDO。通过对比发现不同制备方法获得Co Mn Al-LDH/LDO在形貌、孔隙结构和组成上具有一定的差异性。从形貌来看,静态尿素法合成的LDH/LDO具有较大的片状结构,且堆积成簇;而动态尿素法得到层状化合物为大小均一(1.2μm)、分散较好的六边形片状结构;共沉淀法制备的LDH/LDO则为大小不均、团聚成大颗粒的片状结构。3种方法制备的LDH在500℃煅烧后均得到了尖晶石结构的混合金属氧化物,且煅烧后Co以+2和+3价形式存在,而Mn以+3和+4价形式存在。且在300~500℃范围内,随着煅烧温度的升高,材料中高价态的过渡金属含量增加。通过分析3种方法制备的LDO的比表面积和孔隙结构,发现受体系的均匀程度及成核和晶化速率的影响,3种材料按比表面积大小排列顺序为:动态尿素法(141.13 m2·g-1)共沉淀法(134.57 m2·g-1)静态尿素法(64.17m2·g-1),平均孔隙大小排列顺序为:共沉淀法(18.45 nm)静态尿素法(8.82 nm)动态尿素法(5.71nm)。共沉淀法制备的LDO以两端开口的圆柱形孔隙为主,而静态尿素法和动态尿素法制备的LDO以片层堆积的裂缝孔为主。以上结论为层状金属化合物晶粒结构和尺寸的可控性制备提供理论依据。     

镁、锂电气石/玻璃复合材料的制备与负离子释放性能对比

采用丝网印刷技术,以天然电气石粉末为原料成功制备了镁电气石/玻璃复合材料与锂电气石/玻璃复合材料,并在密闭空间测量了电气石/玻璃复合材料的负离子释放性能。负离子测试结果表明,当镁电气石/玻璃复合材料与锂电气石/玻璃复合材料的附着面积为76.97 cm²时,负离子释放量分别为202 cm^-3和208 cm^-3,说明镁与锂电气石/玻璃复合材料的负离子释放性能近似,廉价镁电气石可以替代价格昂贵的锂电气石用于制备具有负离子释放性能的玻璃材料。进一步研究发现,当电气石粉末附着面积增加一倍时,镁与锂电气石/玻璃复合材料负离子释放量均提高为原来的3倍左右。     

某房屋建筑基坑开挖对支护结构与地表变形影响的数值分析

<正>随着我国城市经济的高速发展,城市流动人口数量不断增加,导致出现了严重的人口集中问题^[1]-[4]。为缓解城市内部的居住压力,高层和超高层建筑与地下空间结构的建设如火如荼。建筑深基坑是城市地下空间建设中的一个重要结构,多处在城市人口相对密集的地段,其开挖施工过程会给周边坏境及其支护结构造成重要影响^[5]。对深基坑施工过程中地层变形的控制,成为地下空间建设中的关键项目^[6]。在城市建筑基坑营建过程中,国内外工程现场基坑坍塌等重大安全事故时有发生。很多学者对建筑深基坑的开挖特点以及对地层变形的影响开展了大量数值模拟研究,重点分析开挖工况对周围地表变形的影响规律^[7]。然而,不同地区地质条件具有复杂性,基坑施工的工况也具有多变性,使当前研究成果无法形成统一的规律^[8]。因此,针对不同地层的建筑深基坑施工过程,应当开展相应的数值模拟研究,分析不同地质特征、建模方法和施工工况对建设的影响,已成为指导相关地区基坑工程安全的重要工作^[9]。软土的特殊工程...     

堇青石综合利用现状与展望

堇青石具有热膨胀系数低,热导率小,抗热震性能好,介电常数低,介电损耗小,化学稳定性好等特点,是一种具有多用途的非金属矿物原料,既可单独作为材料使用,又可与其他材料进行复合,制备出复合材料来使用,被广泛应用于冶金、电子、汽车、化工、环境保护等领域,可用作优质的耐火材料、电子封装材料、催化剂载体、泡沫陶瓷、生物陶瓷、印刷电路板和低温热辐射材料等。本文根据近年来堇青石在结构陶瓷、耐火材料、多孔材料、红外材料、介电材料和电子封装材料等领域应用的相关报道文献加以汇总,系统地介绍了堇青石材料的综合利用进展。     

含粉煤灰与伊利石的高吸水复合材料性能测试

粉煤灰具有一定的吸水能力,且含多种营养元素,对土壤有很好的改良效果;伊利石也具有吸水性,且含钾量高。采用溶液聚合法首次合成的粉煤灰-伊利石/丙烯酸-丙烯酰胺高吸水复合材料,其吸蒸馏水、自来水、生理盐水倍率分别为1 782,450,117,而国家“863计划”关于高吸水材料的技术指标分别为300,150,50;同时对复合材料的保水性、热稳定性、耐寒性及其二次吸液性能进行测试,结果表明:复合材料具有优越的保水性,25℃条件下干燥8 d,吸水凝胶还可以保持50%的吸水量;在0～120℃范围性能稳定;具有较高的二次吸液能力,可以多次使用。     

新型碳丝维锚杆在治理边坡渐进式破坏工程中的应用

基于碳丝维复合材料的变形性能,分析了有机聚合物提高材料力学性能的融合机理,通过抗拉试验、抗弯试验、抗扭试验等验证了碳丝维锚固材料良好的力学性能、耐腐蚀性能及锚固性能;依据Mohr-Coulomb强度准则建立边坡模型对渐进式扩展破坏、材料参数演化等进行仿真模拟,研究了滑体内特征点运动学的变化过程;通过分析不同锚固材料治理边坡后的安全系数变化,验证了新型碳丝维锚杆在治理渐进式滑坡破坏工程中的可靠性。结果表明:①碳丝维锚固材料作为新型的复合材料,具有良好的抗拉性能、抗弯性能、抗扭性能等物理力学指标,其耐腐蚀性及可靠的锚固效果均优于传统的钢筋锚固材料;②边坡的滑体、滑带、滑床等特征变量变化决定了渐进破坏的过程,其有效残余黏聚力的大小取决于锚固材料性能优劣;③相比与传统钢筋锚固材料,碳丝维锚固材料具有良好的塑性变形能力,能够适应渐进式的破坏过程,确保了治理前后较高的安全系数指标,表明新型碳丝维锚固材料在边坡渐进式破坏治理工程中更具有推广价值。     

粘土-有机树脂超吸水复合材料的制备及性能研究

超吸水材料是一种吸水能力特别强的物质,能够吸收自身重量的几十倍甚至几千倍的水;吸水后,在加压的情况下也不脱水或脱水很少。因此,又称它为高保水材料。由于它既具有独特的吸水和保水性能,又具备高分子材料的优点,从而在国民经济众多领域中获得了广泛的应用［１～３］,从１９６１年美国将其开发应用［３］至今,一直保持着良好的发展势头。本文制备了粘土淀粉接枝丙烯酰胺超吸水复合材料。通过Ｃｅ４＋引发,使淀粉、粘土接枝丙烯酰胺;以Ｎ,Ｎ’亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂使接枝物适度交联;交联产物经水解、洗涤、脱水、干…     

钢板混凝土组合梁抗剪性能数值分析

<正>1.引言数值分析是工程中常用的有效方法之一,其中有限元分析对研究钢筋混凝土结构的性能有重要的意义,能够在一定程度上代替部分试验工作,检验对构件性能的各种影响因素[1]。钢板—混凝土组合梁中材料的组合及其各自的特性都会对组合梁的力学性能产生影响。此外,钢板混凝土以及新老混凝土界面使得组合梁的力学性能更加复杂,因此,研究钢板—混凝土组合梁的抗剪性能具有重要意义。对于钢板—混凝土组合梁过去有许多学者进行了研究[2]-[4],并根据实际     

肠道靶向药物缓释功能叶酸插层水滑石的制备与结构表征

采用共沉淀法和离子交换法成功制备了叶酸插层Mg/Al水滑石(LDHs-FA)复合材料,通过粉末X射线衍射、红外光谱和热重-差热分析等手段对合成材料进行结构表征。结果表明得到的LDHs-FA结构完整、晶相单一,并比较了2种方法对材料物化性质的影响。采用盐酸为介质模拟胃液,混合磷酸盐缓冲溶液为介质模拟肠液,研究了叶酸插层水滑石在模拟胃液和肠液中的释放特征,结果表明叶酸插层复合材料在模拟胃液和肠液中均具有较好的缓释性能。海藻酸钙包覆后的样品在胃液中释放速率极慢,但在肠液中具有较好的缓释性能,实现了药物的肠道靶向释放。