【摘 要】
:
金属-有机骨架(MOFs)作为一类新型的无机-有机杂化多孔材料,在各个领域显示出巨大的应用潜力,但其粉末性在一定程度上限制了其应用。纤维素纤维(CF)是一种绿色可再生的生物质材料,具有可生物降解、可回收、易加工等优点,可作为MOFs的优良柔性基质。然而,在CF上高效沉积MOFs仍然是开发这种新材料(MOF@CF)的一大挑战。本论文首先提出以聚苯胺(PANI)和间氨基苯甲酸(m-ABA)的共聚产物(
【基金项目】
:
国家自然科学基金面上项目(31770620);
论文部分内容阅读
金属-有机骨架(MOFs)作为一类新型的无机-有机杂化多孔材料,在各个领域显示出巨大的应用潜力,但其粉末性在一定程度上限制了其应用。纤维素纤维(CF)是一种绿色可再生的生物质材料,具有可生物降解、可回收、易加工等优点,可作为MOFs的优良柔性基质。然而,在CF上高效沉积MOFs仍然是开发这种新材料(MOF@CF)的一大挑战。本论文首先提出以聚苯胺(PANI)和间氨基苯甲酸(m-ABA)的共聚产物(PANI-PMABA)作为介导层,促进某些MOFs(ZIF-8、ZIF-67、HKUST-1和MIL-100(Fe))在CF上的原位生长和锚定。PANI-PMABA层在显著促进了四种MOFs沉积的同时,还极大地促进了MIL-100(Fe)的原位生长和纳米化。MIL-100(Fe)@PANI-PMABA@CF被选择作为吸附-光催化剂用于吸附-光催化去除水中的四环素(TC),MIL-100(Fe)@PANI-PMABA@CF对TC的去除率可达92%,TC的去除能力可达588.78 mg g–1,研究发现PANI-PMABA对在CF上原位生长MIL-100(Fe)和TC在水中的吸附-光催化具有协助作用。为追求低成本与更高效的方式制备介导层,促进某些MOFs(ZIF-8、ZIF-67、HKUST-1和MIL-100(Fe))在CF上的原位生长和锚定,尝试舍弃了m-ABA的使用。以聚苯胺(PANI)和脱掺杂聚苯胺(DPANI)作为介导层,发现PANI(尤其是DPANI)层依靠其自身所具有的大量活性位点,同样显著促进了四种MOFs的沉积,DPANI层的效果甚至明显优于PANI-PMABA层,并且亦可促使MIL-100(Fe)的纳米化。MOFs沉积率随PANI负载率的增加而降低,PANI负载率大约在2%(对ZIF-8)和5%(对MIL-100(Fe))时能获得最高MOFs沉积。改变MIL-100(Fe)生长的时间及温度,研究表明,MIL-100(Fe)在PANI@CF和DPANI@CF上前120 min快速生长,之后生长缓慢,大约在240 min时基本达到最高沉积。MIL-100(Fe)可在室温下生长,其生长对温度很不敏感,表明该过程所需外界环境提供的能量较少,合成易于控制。选择MIL-100(Fe)@DPANI@CF作为吸附-光催化剂用于吸附-光催化去除水中的另一种抗生素:环丙沙星(CIP),MIL-100(Fe)@DPANI@CF对CIP的去除率可达82.78%,CIP的去除能力可达105.96 mg g–1,研究发现DPANI对CF上原位生长MIL-100(Fe)和CIP在水中的吸附-光催化同样也具有协助作用。为进一步提升复合材料对水中CIP的去除效能,以MIL-100(Fe)@PANI@CF复合纤维材料作为基底,在其表面进行Ag3PO4的原位合成。Ag3PO4的引入并未破坏MIL-100(Fe)的晶体结构,且对水中CIP的去除取得了更优异的效果。CIP的去除率与Ag3PO4/MIL-100(Fe)@PANI@CF复合材料用量的增加呈现出正相关状态。H2O2作为类Fenton反应体系中羟基自由基(·OH)的供体,本身不具有光催化活性,其用量对CIP总去除率的影响较小。暗吸附过程的存在对CIP的总去除率有着略微的促进作用。本论文构建的PANI-PMABA、PANI及DPANI介导的MOFs在CF上原位生长和锚定的通用平台拓宽了MOF@CF复合材料的发展道路,并通过Ag3PO4的引入显著提升了复合材料对水中CIP的治理效能。
其他文献
铜钛(Cu/Ti)薄壁复合管由铜、钛双层管制成,因而具有耐腐蚀、耐磨损、高强度等综合材料性能优势,广泛应用于航空发动机、滨海电站和海洋船舶等环境极其恶劣的工业领域。然而,Cu/Ti薄壁复合管由于壁厚较小、截面中空特征明显,在小弯曲半径成形的过程中,容易出现截面畸变。截面畸变与管材的尺寸结构、弯曲程度存在显著相关性,即存在尺寸效应。因此,为了更加准确地揭示截面畸变的演变机理,本文采用有限元模拟、实验
人工肌肉是一种能够在外界激励条件下产生伸缩、弯曲、扭转及其组合等运动形式的柔性驱动器,其在微型机械、软体机器人等领域具有重要的应用前景。碳纳米管纤维拥有高导电、高导热、高拉伸强度以及良好的柔性等优异性能。利用加捻技术可将其制成螺旋卷绕型人工肌肉实现伸缩驱动。然而应变小、响应速度慢、循环稳定性差等仍是限制其广泛应用的主要瓶颈问题。本文针对以上瓶颈,提出了一种新颖的鞘-芯结构,并制备了具有大应变、高频
目前环境问题日益尖锐,其中存在两个方面的问题:资源过度使用和水污染问题,面对资源过度使用问题,碳量子点的原材料来源十分广泛,有利于加工剩余物和废料的再利用,不仅如此碳量子点还有良好的光学性能、生物相容性等优点。而在水污染问题中,印染废水又十分突出,在处理水污染的方法中,光催化技术因其绿色、节能、安全以及广谱长效的优点脱颖而出。传统的Ti O2等光催化剂光响应范围窄,主要集中在紫外光区域,对可见光的
我国作为农业大国,拥有巨大的粮食产量,伴随而生的还有大量的农业副产物秸秆,但是秸秆的常规处理方式如焚烧和堆肥都会对环境造成损害。如果能将农作物秸秆纤维应用到沥青路面材料中,不仅可以缓解秸秆废物对环境的污染,还可以将秸秆变废为宝、节约不可再生资源的作用,其高值化利用可以产生巨大的环境与经济效益。秸秆纤维作为一种高强重比、成本低廉且环保可再生的增强材料,可以显著的提升沥青路面材料的力学性能,但掺杂的高
Al-Si-Cu系铸造铝合金是典型的轻质耐蚀易成型金属结构材料之一,在汽车、航空航天等领域具有广泛的应用背景。但传统的铸造铝合金在强度、塑性等方面距离一些关键零部件的性能要求还有一定差距。(微)合金化和强韧化热处理是提升铸造铝合金组织性能的有效手段。本文在文献综述的基础上所开展的工作与取得的结果如下:(1)研究了稀土元素RE(Ce、Er、Y)对Al-5Si-5.3Cu-Sr-Zr-Ti铸造铝合金铸
柑橘分级是柑橘采后商品化过程中最重要的环节,可以极大提高柑橘的附加价值。昂贵的大型分级流水线不适用于中小型果园的田间地头现场分级需求。为解决此问题,本文以宽皮蜜橘为例,通过分析其特性和分级工艺,提出了自动化分级方法,开发出小型化的柑橘自动分级设备,实现了柑橘的自动化分级。本文具体研究内容如下:(1)利用搭建平台试验的方式对柑橘的特性进行研究,分析了其外观特征、运动特征以及力学特征,为分级方法的研究
材料高温力学性能在材料的应用和研发中都具有重要意义。在金属切削加工过程中,刀具与材料之间的内外摩擦产生的大量热能使得切削区域温度上升形成切削加工的高温环境。切削高温不仅影响工件的可加工性,还对刀具的切削性能造成很大影响。本文主要对不同切削温度下刀具与工件高温硬度的演变行为及其对刀具切削性能的影响规律进行理论分析、实验研究和有限元仿真,为难加工材料的切削加工工艺参数及刀具材料的合理选择提供科学依据。
可压缩炭材料是一种具有抗压缩形变能力的多孔炭材料,具备传统炭材料比表面积高、密度低、耐酸碱性好和吸附容量高等优点,同时兼具可压缩的能力,具有广阔的应用前景。目前可压缩炭材料制备主要基于合成高分子,存在原料成本高、制备工艺复杂等问题。本文以轻木(Balsa wood)为原料,通过酸性Na Cl O2脱木质素处理、Na OH润胀、冷冻干燥和高温炭化制备了木质海绵炭(Wood carbon sponge
Al-Si-Cu系铸造铝合金是典型的轻质耐蚀易成形金属结构材料之一,在汽车等领域应用广泛,提高其强度、塑性及耐蚀性是这类合金的一个永恒的研究课题。(微)合金化和强韧化热处理是提升其组织性能的有效手段。本文围绕这一课题所开展的工作及取得的结果如下:(1)研究了稀土RE(La、Ce、Y)对Al-6.5Si-5.5Cu-0.2Zr-0.01Sr-0.06Ti-0.2RE合金铸态组织性能的调控。结果表明:
五倍子是一种常见的林产品,在我国分布范围广,产量丰富,价格低廉。五倍子中含有大量的酚酸化合物,其中单宁酸含量较多,单宁酸含有丰富的酚羟基结构,酚羟基可以与金属进行螯合,使其应用价值大大提高。通过浸提法对五倍子中的单宁酸进行提取,使用福林酚(Folin-Ciocalteu)法测量单宁酸中酚羟基的含量,通过核磁共振氢谱(NMR)和紫外光谱(UV-vis)对提取的单宁酸进行成分的分析,并使用红外光谱(F