金红石型纳米二氧化钛/聚二甲基硅氧烷复合改性制备多功能胶原海绵

胶原(COL)是一种来自于动物生物质的天然高分子材料，具有来源丰富、易加工、易修饰、可降解等优势。在胶原材料中，基于冻干处理而得的海绵具有天然多孔性，不仅为油相储存提供了充足的空间，还为功能微纳组分的固载提供了骨架网络。文中以胶原海绵为基底、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为疏水改性剂、金红石型二氧化钛纳米颗粒(TiO₂)为光催化剂，制备出集疏水性、光催化效应及光响应抗菌性于一体的多功能复合胶原海绵TiO₂/PDMS-COL。使用场发射扫描电镜观察TiO₂/PDMS-COL的形貌，利用红外光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射和热重分析对TiO₂/PDMS-COL的结构进行了表征。结果证实，TiO₂,PDMS与COL之间产生了复合作用。复合海绵对CHCl3的吸附容量可达134 g/g；循环使用20次后接触角下降较少。复合海绵对乳液也展现出良好的分离能力。模拟太阳光照射下，80min内复合海绵对罗丹明B的降解率达88%，且3次光照循环使用后其催化降解性能未发生明显下降。此外，光照下TiO<...     

水杨酸和精氨酸改性二氧化钛颗粒的制备及其在油-水界面的光催化反应

采用浸渍改性法将水杨酸与精氨酸同时接枝到纳米TiO₂表面制备了水杨酸和精氨酸共改性二氧化钛颗粒(TiO₂-SA/Arg), 并采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、热失重分析(TGA)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电子显微镜(SEM)、高倍透射电子显微(HRTEM)、表面接触角测试及粒度分布分析等技术对材料的形貌、结构及性能进行表征, 同时研究了催化剂对硝基苯的吸附性能及在油-水界面的吸附能力。结果表明: 水杨酸和精氨酸分别以螯合和桥连结构稳定修饰到TiO₂表面, 与未改性TiO₂相比, 水杨酸和精氨酸共改性TiO₂疏水性及分散性更好, 对硝基苯的吸附能力更强, 并可在油-水界面稳定吸附形成O/W型Pickering乳液。研究了Pickeing乳液光催化体系对硝基苯的去除能力, 与悬浮体系相比, 改性颗粒稳定的Pickering乳液体系对高浓度硝基苯去除效率较高。     

不同型号PVA对纳米TiO2/PVA复合材料性能的影响

用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH550)对纳米TiO₂进行改性, 将不同比例的聚乙烯醇(17-88与17-99)相混合制成胶液, 再采用直接共混法制备了纳米TiO₂/聚乙烯醇(PVA)复合材料, 并流延成膜。通过自制透水仪、 扫描电镜、 热失重分析、 拉伸强度、 耐水性能以及透明性对纳米TiO₂/PVA复合膜进行表征, 探讨不同含量的PVA 17-88对复合膜的性能影响。结果表明, PVA 17-88的质量分数为30%, 纳米TiO₂ /PVA膜厚度控制在25~30 μm, 透水量较大, 拉伸强度达到28.72 MPa, 耐水性能最佳。      

硅烷偶联剂KH570改性TiO2超疏水滤料的制备与性能

通过溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯为前驱体,醋酸为催化剂制备TiO₂溶胶,利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH570）对其进行低表面能修饰,得到疏水改性的TiO₂溶胶,然后喷涂到滤料表面使其具有超疏水性。对改性前后滤料的润湿性、表面形貌、化学成分和过滤性能进行分析。结果表明：改性涂层均匀沉积在滤料表面,将纤维表面完整包裹,改性后滤料的水接触角达156.29°。在过滤风速为0.043~0.127 m/s时对粒径为0.3 μm的颗粒进行过滤性能测试,改性后滤料的过滤效率比未改性滤料平均增加2.7672%,过滤品质因数增加0.34%,提高了滤料的过滤性能。此外,在经50次砂纸磨损循环和30 h酸碱溶液浸泡后,疏水滤料仍具有超疏水性。通过清洁煤粉污染的表面发现改性滤料具有优异的自清洁性能。     

功能化纳米TiO2/环氧树脂超疏水防腐复合涂层的制备与性能

超疏水材料在金属防腐领域具备巨大的潜在应用前景。为得到疏水性能及防腐性能俱优的纳米TiO₂/环氧树脂复合涂层材料,首先以三甲氧基十七氟癸基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)对纳米TiO₂表面功能化;以全氟辛基甲基丙烯酸酯对固化剂二乙烯三氨(DETA)进行氟化;最后通过一步共混法和两步喷涂法分别制备出两种复合涂层。利用FTIR、XPS、1HNMR分析氟化固化剂(F-DETA)和氟化纳米TiO₂(f-TiO₂)的物相组成和组织结构。接触角测试仪和静置实验表明,当三甲氧基十七氟癸基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1∶15时f-TiO₂的性能最佳,所制备的复合涂层接触角达到164.9°。SEM表征结果显示通过两步法制备的f-TiO₂/环氧树脂复合涂层具备更均匀的粗糙表面、涂层内部孔隙率较低且环氧树脂层与f-TiO₂层具备梯度结构。摩擦实验证明两步法制备的f-TiO₂/环氧树脂复合涂层的超疏水性具备较好的机械稳定性。Tafel极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究表明,通过两步法制备的f-TiO₂/环氧树脂复合涂层具有优异的防腐性能,其腐蚀抑制效率高达99.99%。      

静电纺TiO2改性联苯型聚酰亚胺锂离子电池隔膜

先采用高压静电纺丝技术制备二氧化钛/聚酰胺酸(TiO₂/PAA)复合纤维膜,然后对其进行热亚胺化处理制备出二氧化钛/聚酰亚胺(TiO₂/PI)复合纤维隔膜。使用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)、热失重分析仪和电化学工作站测试了TiO₂/PI复合纤维隔膜的基本性能和电化学性能,结果表明：隔膜具有明显的三维网状结构,与未改性的纯PI隔膜相比,改性后TiO₂/PI复合纤维隔膜的拉伸强度、孔隙率和吸液率分别提高到16.74 MPa、77.5%和550%;其热收缩性能较好,整体电化学性能优异。制备的LiFePO₄(磷酸铁锂正极)/TiO₂/PI/C(石墨负极)电池具有优异的循环稳定性和高放电容量,在1 C条件下进行100个循环后,其库伦效率在25℃和120℃高达96.7%和90.7%。     

微滴乳液聚合制备纳米SiO2/聚丙烯酸酯复合材料

在硅溶胶中加入八甲基环四硅氧烷(D4)和偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷(KH560),以十二烷基苯磺酸(DBSA)催化D4的开环聚合,借助超声强化聚二甲基硅氧烷(PDMS)和偶联剂对硅溶胶的表面改性。将改性硅溶胶及其混合物分散在甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)的混合单体中,实施微滴乳液聚合,制备SiO₂/聚丙烯酸酯纳米复合材料。硅溶胶改性阶段的催化剂中和后成为后续微滴乳液聚合的乳化剂,而伴生的PDMS成为有效抑制单体珠滴Ostwald 熟化的超疏水剂。采用FTIR、TGA、TEM、马尔文纳米粒度仪、水接触角等测试方法对改性纳米粒、复合胶乳和胶乳薄膜进行表征。结果表明,PDMS和偶联剂在SiO₂表面形成了共价键合和包覆,且伴生的PDMS改善了复合胶乳薄膜的表面疏水性,复合粒子是聚合物基体为壳、SiO₂纳米颗粒呈海岛分散的 (多)核-壳结构形态,SiO₂占单体质量分数为3%时,平均粒径约98 nm。     

Al2O3微滤膜的超疏水改性研究

采用多层自组装技术在Al₂O₃微滤膜表面制备TiO₂纳米涂层, 并利用1H,1H,2H,2H-全氟辛基乙基三乙氧基硅烷(PFDS)对其表面进行氟化处理, 获得超疏水改性膜。通过X射线衍射仪, 傅立叶变换红外光谱仪, 原子力显微镜, 水接触角测试仪和扫描电子显微镜对改性膜进行表征。分析了TiO₂纳米涂层的晶型结构, 探讨了TiO₂沉积时间与改性膜表面粗糙度和疏水性之间的关系, 研究了PFDS改性次数对膜表面形貌和疏水性能的影响规律。结果表明: 在600℃退火1 h后, 获得锐钛矿结构的TiO₂纳米涂层。随TiO₂沉积时间的延长, 膜表面粗糙度增大, 水滴在膜表面的接触由Wenzel状态转变为Cassie状态; 当TiO₂沉积时间为50?min, PFDS改性3次时, 获得理想的微纳米二级超疏水表面形貌, 水接触角达到174.5°。     

离子液体掺杂金属Ru改性TiO2光催化材料的制备及性能研究

准备实验材料与实验仪器设备，制备0、0.1%、0.3%的TiO₂光催化材料，将其标注为纯TiO₂、0.1%浓度Ru的TiO₂、0.3%浓度Ru的TiO₂,测试金属Ru对TiO₂孔径的影响、改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能和光催化反应性能。结果表明：改性TiO₂光催化材料属于介孔类材料，当金属Ru掺入浓度较低时，TiO₂材料性能不会受到影响，随着金属Ru掺入浓度增加，改性TiO₂光催化材料的体积/孔径比增加；TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能、光催化降解与离子液体掺杂金属Ru浓度具有正相关关系，离子液体掺杂金属Ru浓度的不断增加，改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收能力与光催化降解率随之增加。     

超浸润性可逆切换的超双疏复合海绵材料的制备及油水分离应用

通过简单的溶胶-凝胶法制备了全氟癸基三甲氧基硅烷(PFDMS)-正癸酸(DA)-TiO₂溶液,经浸泡后得到PFDMS-DA-TiO₂超双疏海绵。PFDMS-DA-TiO₂超双疏海绵在质量分数为25wt%~28wt%的氨气诱导下,表面浸润性由超双疏切换为超亲水-空气中超疏油。利用FTIR和SEM对改性前后PFDMS-DA-TiO₂海绵表面进行表征,分析其化学组成和表面形貌,研究了DA的体积比对PFDMS-DA-TiO₂超双疏海绵表面浸润性可逆切换效果的影响,并对其耐盐性、耐磨性及油水分离性能进行了测试。结果表明:DA的最佳体积比为5.8%,其油水分离效率与通量分别可达99.6%、4775 L/(m2·h)。PFDMS-DA-TiO₂超双疏海绵经磨损实验及在质量分数为3.5wt%的NaCl溶液中浸泡12 h后,均保持优异的超双疏性能,表现出较高的耐磨性和耐盐性。经氨气诱导,其表面浸润性在超双疏与超亲水-空气中超疏油之间可逆切换20次后,两种润湿性能仍能各自保持稳定,可用于实际工业中高效可控地分离油水混合物。      

多孔竹炭/二氧化钛纳米复合材料制备及其光催化作用

本工作合成了一种具有高吸附性能和光催化性能的表面改性竹炭/二氧化钛(SMBC/TiO₂)纳米复合材料。通过湿法氧化处理廉价、天然绿色的竹炭(BC), 制备了具有良好吸附性、化学稳定性的表面改性竹炭(SMBC)。经过改性, BC表面生成大量含氧官能团, 因此SMBC粒子易分散于水中, 并且与TiO₂有较强的相互作用, 确保TiO₂均匀地负载在SMBC表面。SMBC/TiO₂比BC/TiO₂有更大的比表面积, 能提供更强的吸附性能。SMBC/TiO₂的饱和吸附容量大约是BC/TiO₂的1.6倍, 是TiO₂的12.1倍。吸附和催化的协同作用使SMBC/TiO₂复合材料降解MB具有更高的光催化活性, SMBC/TiO₂光催化降解MB的速率常数分别是BC/TiO₂ 和TiO₂的7倍和6倍。     

磁响应聚氨酯海绵的制备及吸油性能研究

利用四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米粒子和聚二甲基硅氧烷(PDMS)共同修饰聚氨酯(PU)海绵,制备了具有磁响应功能的PU-Fe_3O_4吸油材料,并测试了其对油、水的浸润性能和吸油能力。结果表明,PU-Fe_3O_4海绵表现出优良的疏水亲油性能,对不同的有机液体,分别能够吸收自身质量7~22倍的有机物。吸油后的PU-Fe_3O_4海绵可利用磁铁分离,PU-Fe_3O_4海绵在重复使用20次后仍能保持好的吸油能力,可循环利用。此方法中,PDMS在PU骨架表面的聚合,解决了Fe_3O_4纳米颗粒容易脱落的问题,提高了PU-Fe_3O_4的稳定性,且制备过程简单经济,具有良好的应用前景。     

疏水磁性碳酸钙的制备及其除油特性EI北大核心CSCD

以硬脂酸为疏水改性剂,将其与Fe_(3)O_(4)纳米颗粒和市售CaCO_(3)共混,分别以不同的原料质量比,制备疏水磁性碳酸钙HMC-1和HMC-2,并将HMC-2负载在PU海绵上用以提高其实用性能。采用X射线粉末衍射仪、红外光谱仪、差示扫描量热仪、接触角/表界面张力测量仪对合成样品的物相、表面有机官能团、热稳定性及疏水性能进行系列表征分析。结果表明,HMC-2比HMC-1,具有更稳定的疏水性能,除油前后水接触角基本保持不变,约为150°,除油后该材料没有出现类似HMC-1的铁渗出现象。将HMC-2负载在PU海绵上后,改性PU海绵在3 s内可去除98%的油,重复吸油20次仍能达到95%以上的除油率,吸油倍率(吸附油质量/吸附剂质量)大于100。     

模板法制备多孔聚二甲基硅氧烷及其吸油性能研究

以糖颗粒为模板,聚二甲基硅氧烷预聚体为前驱体,简便地制备了疏水亲油性质的多孔聚二甲基硅氧烷(PDMS)吸油材料,并进行了形貌、接触角和吸油性能测试。结果表明,实验制备的多孔PDMS具有明显的三维孔洞结构,且表现出优良的疏水亲油性能和吸油能力。对不同的有机液体,多孔PDMS能够吸收达自身重量5~44倍的有机物,其中对氯仿的吸收能力最强。此外,多孔PDMS在重复使用20次后仍能保持稳定的吸油能力,表明其可循环利用,具有良好的应用前景。     

NiFe2O4/TiO2纳米棒阵列薄膜光电化学性能和光催化性能研究

用水热法制备一维有序纳米棒状TiO₂薄膜(TiO₂ NRAs), 并采用浸渍沉积煅烧得到NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs。借助SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-Vis等对样品的物相和形貌结构进行了表征, 结果表明: NiFe₂O₄纳米颗粒均匀沉积在金红石相TiO₂ NRAs表面, 使TiO₂光谱吸收范围拓展至可见光区。利用电化学工作站对其光电转换性能进行研究, 发现NiFe₂O₄改性后的TiO₂在可见光下光电流响应显著增大, 在电压-电流曲线和电流随时间开关灯变化中, NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs的光电流密度分别是纯TiO₂ NRAs的12倍和8倍。NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs可见光下降解偏二甲肼(UDMH)的效率是单纯TiO₂ NRAs降解率的3倍, 并对光催化降解机理进行了探讨。     

高透光纳米SiO2/碱性有机硅低聚物复合自清洁涂层的制备

制备了一种具备高透光性的SiO₂/碱性有机硅低聚物超疏水复合自清洁涂层。首先以正硅酸乙酯(TEOS)为原料、全氟癸基三甲基氧硅烷(PFDT)为改性剂,通过Stober法得到SiO₂改性粒子溶液,然后以TEOS与γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)为预聚物、PFDT为改性剂,在碱性条件下制备出改性的机硅低聚物溶液。将改性的SiO₂溶液与改性的碱性有机硅低聚物溶液按比例混合,最后将混合溶液喷涂于载玻片上,室温下静置6h得到透明超疏水自清洁涂层。探究了有机硅低聚物中TEOS、KH560以及氨水的量对复合涂层的影响。结果表明：当氨水、TEOS、KH560的量分别为1mL、6mL、0.4g, SiO₂改性溶液与碱性有机硅低聚物量的比值为2∶1时,涂层的接触角达到150°,透光率为91%,附着力为1级。涂层具有良好的自清洁性能,在经过300℃的高温加热后仍保持其疏水性。涂层制备工艺简单,适用于大规模工业生产。     

疏水耐环境型SiO2/TiO2/SiO2-TiO2太阳能宽光谱增透膜的制备及性能研究

利用TFCcal设计软件构建膜系结构, 采用溶胶-凝胶工艺和提拉法在超白玻璃上制备出厚度精确可控的宽光谱、高增透型SiO₂/TiO₂/SiO₂-TiO₂减反膜, 同时结合甲基三乙氧基硅烷(MTES)改性碱催化的SiO₂溶胶, 通过提拉法一次制备出高透过率疏水型薄膜。研究表明, 高增透型三层宽光谱减反膜的理论膜层厚度依次为: 80.9 nm(内层SiO₂-TiO₂)、125.0 nm(中间层TiO₂)、95.5 nm(外层SiO₂), 其在400~700 nm可见光范围内平均透过率实际可高达97.03%以上。多层膜经过退火处理后, 膜面的水接触角高达131.5°, 同时陈化两个月以后的多层膜透过率仅下降0.143%, 表明制备的SiO₂/TiO₂/ SiO₂-TiO₂多层减反膜具有优良的疏水和耐环境性能。     

两步法制备黄铜表面超疏水肉豆蔻酸/TiO2涂层与性能研究

采用化学刻蚀法和复合改性两步法在黄铜基体上制备了超疏水肉豆蔻酸(MA)/TiO₂涂层(E-MAT)。通过接触角测量仪详细考察了刻蚀时间与刻蚀温度对黄铜疏水性能(刻蚀并改性后)的影响。结果表明,当刻蚀时间为55 min,刻蚀温度为30℃时,且经MA/TiO₂复合改性的黄铜表面可获得高达167.4°的水接触角。接着,采用SEM、CLSM、EDS、XRD与FTIR对E-MAT涂层进行了形貌与成分分析。分别利用砂纸磨损与胶带剥离实验研究E-MAT涂层的机械稳定性。此外,E-MAT超疏水涂层还表现出优异的自清洁性能。在3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀测试显示E-MAT涂层自腐蚀电流密度下降至8.32×10^-5 A/cm²,腐蚀保护效率高达97.0%。可见,刻蚀-改性结合法操作简单,便于构造大面积金属基超疏水表面,具有广阔的应用前景。     

TiO2-MWCNTs的制备及TiO2-MWCNTs/epoxy复合涂层性能

用混酸对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行了酸化处理,然后通过溶胶-凝胶法制备了TiO₂包覆MWCNTs（TiO₂-MWCNTs）核壳材料,并通过X射线衍射（XRD）、热重分析（TGA）等手段对其包覆结果进行了验证。用硅烷偶联剂KH560对TiO₂-MWCNTs及MWCNTs进行了改性,分别制备了TiO₂-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy复合环氧涂层以及纯环氧涂层,利用EIS测试了涂层的电学性能,通过材料试验机（MTS）测定了涂层的柔韧性,用扫描电镜（SEM）观察了涂层表面形貌。结果表明：TiO₂-MWCNTs在环氧树脂中具有良好的分散性,TiO₂-MWCNTs/epoxy复合涂层对腐蚀介质具有较好的抗渗透性能;TiO₂包覆后大大增加了涂层的柔韧性。     

碱式硫酸镁晶须/橡胶复合材料的制备

将超声分散后的硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷改性碱式硫酸镁晶须（KH550-MgOS_W）分散液加入天然胶乳（NR）中,对其进行补强,制得绿色环保高性能的KH550-MgOS_W/NR复合材料。系统研究了KH550-MgOS_W/NR复合材料的力学性能、阻燃性能及热稳定性能。结果表明,用KH550改性后的MgOS_W与橡胶基体具有很好的相容性。KH550-MgOS_W/NR复合材料的力学性能、阻燃性能及热稳定性能均比纯胶有所提高。当KH550-MgOS_W与NR质量比为4%时,KH550-MgOS_W/NR复合材料的各项性能均达到最佳,300%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率、交联密度比纯胶胶膜分别提高了25.0%、36.8%、37.3%、11.4%、44.2%,垂直燃烧等级由FV-1提高到了FV-0级,比纯胶的起始热降解温度（T₀）、最大热降解温度（T_p）和终止热降解温度（T_f）分别提高了6.2℃、5.2℃和4.1℃。