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【目的】针对黄淮海缺水盐渍区灌溉用水短缺问题,开发一种基于埃洛石纳米管(HNTs)和氧化石墨烯(GO)的复合气凝胶材料,通过太阳能驱动的水蒸发技术对盐渍区咸水脱盐,为盐渍区提供可靠的灌溉用水。【方法】利用HNTs和GO作为原材料,通过优化材料配方和工艺条件,制备了具有高效水分蒸发性能的气凝胶。试验过程中,重点探讨了埃洛石质量浓度、光照度、光照时间等因素对蒸发性能的影响,并优化了制备工艺。通过拉曼光谱、接触角测量、扫描电子显微镜、比表面积测试和X射线衍射光谱等手段对样品的结构和性能进行了表征。【结果】当埃洛石质量浓度为600 mg·L-1时,所制备的埃洛石/石墨烯复合气凝胶(HGA-3)展现出最优的蒸发性能。在光照条件下,该气凝胶能迅速将太阳光能转化为热能,提升表面温度,从而加速水分蒸发。试验结果显示,HGA-3在3个太阳光照度下的蒸汽平均产生速率高达0.77 kg·m-2·h-1,为盐渍区农业灌溉提供了稳定可靠的水资源。此外,研究还发现,适量的埃洛石纳米管掺杂能有效提升石墨烯气凝胶的亲水性和水传输能力,进而增强其蒸发性能。【结论】成功制备了基于HNTs和GO的复合气凝胶材料,并通过试验验证了其在太阳能驱动水热蒸发方面的优异性能。 ...
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石墨烯气凝胶被认为是一种优异的环保吸附材料,对其结构的改性及简化其合成方法是该领域研究的热点。以氧化石墨烯为前驱体、盐酸多巴胺为交联剂、抗坏血酸为还原剂,利用液相组装法制备了石墨烯气凝胶,在此基础上,通过化学气相沉积法,引入硅基官能团,合成了硅基化石墨烯气凝胶,并对该气凝胶进行了XRD、SEM、FTIR表征和性能测试。研究结果表明,在生成石墨烯气凝胶的过程中,盐酸多巴胺能有效阻止石墨烯片的堆积,因而石墨烯片能够在气凝胶中均匀分布,通过相互搭接形成具有三维连通的多孔网络结构。硅基化石墨烯气凝胶表现出优异的疏水性和超高的亲油性,与水和油的接触角分别为145.36°和0°;此外,它还具有超低密度(3.87 mg/cm~3)、优异的吸附能力和极佳的吸附再生能力。对于有机溶剂,该气凝胶的吸附容量可达到186.8~345.2 g/g,且经过20次循环吸附后,仍能保留约80%初始吸附容量。 ...
产业研究
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随着无线通信技术进入5G阶段,人们的生活变得更加便利。然而,无线通信带来的电磁波污染对电子产品的干扰及对人们身体健康的危害不容忽视。为了解决这一问题,科学家致力于研发质量轻、厚度薄、吸收电磁波频率范围宽和吸波能力强的电磁波吸收材料。普鲁士蓝类似物(PBA)作为金属有机框架(MOF)之一,有着成分可调、容易制备等特点,目前在微波吸收领域已经成为了研究热点。由于单一MOF无法构建导电网络,限制了其在吸波领域中应用,将MOF与低维材料复合是解决该问题的有效策略。基于此,采用共沉淀法初步合成锌钴双金属PBA,再以该类似物和氧化石墨烯(GO)作为前驱体,通过简单的水热反应、冷冻干燥及热处理工艺,成功合成了锌钴双金属普鲁士蓝类似物/还原氧化石墨烯(ZnO/CoO/Co@rGO)气凝胶复合材料。ZnO/CoO/Co@rGO气凝胶复合材料以三维还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶为骨架,锌钴双金属PBA衍生的ZnO/CoO/Co复合物负载骨架之上,克服了单一MOF无法产生导电网络的问题,同时还降低了材料的密度,提升了阻抗匹配。ZnO/CoO/Co@rGO气凝胶复合材料的电磁参数,可以通过改变锌钴双金属PBA和GO的质量比进行调控。在锌钴双金属PBA与GO的质量比为3∶1,且ZnO/CoO/Co@rGO气凝胶复合材料与石蜡质量比仅为1∶9的情况下,该复合材料在频率2—18 GHz下展示了良好的微波吸收性能,最小反射损耗达到-54.5 dB,而最大有效吸收带宽为6.38 GHz。证明,ZnO/CoO/Co@rGO是一种具有潜力的微波吸收材料,进一步拓宽了MOF基吸波材料的研究范围。 ...
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利用六水合硝酸锌和九水合硝酸铝为主要反应物,通过水热合成法制备掺铝氧化锌(AZO)。采用非溶剂诱导相分离技术,以聚丙烯腈(PAN)、AZO和石墨烯(graphene)为原料,制备具有高孔隙率和高比表面积的柔性复合薄膜。利用傅里叶变换红外光谱、热重分析、扫描电子显微成像、X射线衍射、X射线光电子能谱和热红外成像等方法,对制备的复合薄膜进行表征和性能测试。结果表明:在PAN-AZO薄膜中,AZO质量分数为15%时,薄膜的红外发射率为0.28。AZO粒子的导电性使辐射能在复合材料内部得到更好的传导和分散,降低了红外发射率,但随着AZO质量分数的增加,复合颗粒表面粗糙程度增加,导致红外发射率增大。考虑到π波段的光学跃迁,大多数碳材料可以用作光吸收剂。为增强红外隐身性能,引入石墨烯,制备了PAN-AZO/graphene复合薄膜,在8~14μm波段红外发射率低至0.23,表现出良好的热伪装性能。 ...
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本文主要通过3-氨丙基三甲氧基硅烷(ATPES)和3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对氧化石墨烯(GO)进行了插层及表面硅烷化处理,制备了硅烷化氧化石墨烯复合材料(MPS-GO、ATPES-GO),并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FIIR)和扫描电子显微镜(SEM)等仪器对MPS-GO和ATPES-GO进行了检测。结果表明,在相同试验条件下,两种硅烷材料改性后的氧化石墨烯表面褶皱延展开,变得平整光滑,与水的接触面积增大,使亲水性增加。与氧化石墨烯相比,硅烷改性后的氧化石墨烯,层间距显著增大,其中ATPES-GO层间距最大,这一结果表明可能是随着硅烷分子链的增长,空间位阻增加,从而导致层间距增大,为氧化石墨烯进一步的功能化提供了新的可能性。 ...
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石墨烯气凝胶被认为是一种优异的环保吸附材料,对其结构的改性及简化其合成方法是该领域研究的热点。以氧化石墨烯为前驱体、盐酸多巴胺为交联剂、抗坏血酸为还原剂,利用液相组装法制备了石墨烯气凝胶,在此基础上,通过化学气相沉积法,引入硅基官能团,合成了硅基化石墨烯气凝胶,并对该气凝胶进行了XRD、SEM、FTIR表征和性能测试。研究结果表明,在生成石墨烯气凝胶的过程中,盐酸多巴胺能有效阻止石墨烯片的堆积,因而石墨烯片能够在气凝胶中均匀分布,通过相互搭接形成具有三维连通的多孔网络结构。硅基化石墨烯气凝胶表现出优异的疏水性和超高的亲油性,与水和油的接触角分别为145.36°和0°;此外,它还具有超低密度(3.87 mg/cm~3)、优异的吸附能力和极佳的吸附再生能力。对于有机溶剂,该气凝胶的吸附容量可达到186.8~345.2 g/g,且经过20次循环吸附后,仍能保留约80%初始吸附容量。 ...
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