纳米有机肥（共8篇）
纳米有机肥 篇1
由于纳米材料具有表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等,纳米材料显示出优良独特的性能。具有尺寸依赖性的光电性能的纳米材料已应用于多个领域,例如:高效催化[1]、生物标记[2]、作为新型的荧光材料[3,4]、非线性光学[5,6]、化学传感器[7]等。随着纳米技术的不断发展,有机纳米材料因其新颖的光学、电学、催化、药物、生物等性能受到了越来越多的材料研究者的广泛关注。由于分子间作用的限制,有机小分子材料的熔沸点较低且易升华,多数无机纳米材料的制备方法并不适用于有机纳米材料。因此有机纳米材料,尤其是有机纳米晶体材料的制备受到限制。近年来,通过对有机纳米材料的深入研究,许多研究小组提出了一些简便可行的制备方法,虽然这些方法还不如制备无机纳米材料的方法完善,但是这些方法也攻克了许多在制备有机纳米晶材料上所遇到的困难,变得越来越成熟。本文主要从有机纳米材料的制备、特性及最近的发展情况等方面进行综述。
1 有机纳米材料的制备方法
由于有机纳米材料的制备方法直接影响了纳米材料的结构、性能及应用,所以发展高效的有机纳米材料的制备方法变得极为重要。最近制备有机纳米材料的方法主要包括:再沉淀法、微乳液法、自组装法、模板法、气相沉积法、激光辐射法。
1.1 再沉淀法
再沉淀法是快速地将含有目标物的溶液注入到另外一种溶解性较差的溶剂中,由于环境的突变使有机分子产生沉淀生成有机纳米颗粒。这种方法是由Nakanishi[8]及其研究小组第一次提出。该方法的优点在于:操作简便、灵活、周期短,受到广大研究者的青睐。
利用这种方法,许多研究小组制备出了一系列有机纳米颗粒。Nakanishi[9]研究小组制备了二萘嵌苯纳米颗粒;Majima[10]和Barbara[11]小组从二萘嵌苯及其枝状物各自得到纳米晶颗粒,并对单纳米颗粒光学性质进行了研究;Li[12]等报道了采用再沉淀法制备有机纳米材料N,N-2-邻羟苯亚甲基对苯二胺(p-BSP),将适量的p-BSP的四氢呋喃溶液快速注入水中,同时恒温搅拌,就得到了含有p-BSP纳米材料的溶液,再进一步处理(将溶剂挥发)就得到了p-BSP有机纳米材料。再沉淀法对于制备0维和1维纳米材料是一种行之有效的方法,并得到广泛推广。
1.2 微乳液法
微乳液是两种互不相容的液体形成的热力学稳定、各相同性、外观透明或不透明的分散体系,通常是由水溶液、有机溶剂、表面活性剂以及助表面活性剂构成,一般有水包油型和油包水型以及近年来发展的连续双包型。
Hu等[13]利用微乳法成功地制备了含有缩氨酸的固体油脂纳米材料,并研究了这种有机纳米材料的性质以及在控制药物释放方面的应用。Li[14]利用微乳液法合成制备了六边形截面的三(8-氧代喹啉)铝(Ⅲ)(简称Alq3)纳米棒,并研究了不同表面活性剂与不同尺寸纳米棒的光学性质的关系,得出Alq3纳米棒的尺寸和形态受表面活性剂的种类和浓度影响较大,但通过选择不同的表面活性剂即可对纳米颗粒的表面进行修饰,并能够控制纳米颗粒粒径的大小。Margulis-Goshen等[15]报道了利用水包油型乳状液,通过喷雾,分散等制备得到40~70 nm的尼泊金丙酯有机纳米颗粒。
1.3 自组装法
自组装法一般包括液相自组装、有机凝胶自组装、溶剂挥发自组装。而用得较多的是溶剂挥发自组装,大多数有机材料溶解在某种溶剂中,会随着溶剂的蒸发而聚集和自组装,然而,这种自组装产物的尺寸、形态和均匀程度不容易控制。最近,姚建年研究小组[16]利用自组装法制备了形态可控的一维纳米材料2,4,5-三苯基咪唑(简称TPI)。最近中科院王晓宏课题组的Zhang等[17]报道了一种简单有效合成一维有机纳米材料的新方法。该研究组利用简单的溶剂挥发法,一步实现了纳米线的定向和图案化生长。该方法所生长的方酸染料纳米线长度约为几十个微米,直径在1μm以下;图案化纳米线的周期性间隔可以在20~200μm之间调控。周期性纳米线阵列也可生长在带有微电极的衬底上,直接制备纳米线器件阵列,从而大大简化了有机纳米线器件制备的程序,避免了常规纳米器件制备所需的复杂工艺。利用此方法制备的方酸染料纳米线器件,表现出了优异的光电导性质。另外,该方法具有普适性,适用于多种化合物周期性纳米线阵列的生长,并对一维有机纳米结构的应用研究起到了积极的促进作用。
1.4 模板法
模板法是一种通过目标材料按照模板的形状生长而直接制备纳米材料的方法。因此,通过这种方法可以较容易的控制纳米材料的形状和尺寸。模板法一般可分为两种:软模板法和硬模板法。之所以称之为软模板是因为有机分子被溶解在液相中,包括胶束、生物分子、共聚体等。软模板法也就是常说的微乳液法。硬模板法主要是制备无机-维纳米材料的一种方法。近年来,这种方法被用于制备有机小分子一维纳米材料,Lee[18]利用该方法通过阳极氧化铝(简称AAO)模板制备了1,4,-双[2-(5-苯基口恶唑基)]苯(简称POPOP)纳米线。利用硬模板法制备有机纳米材料还不成熟,而且报道也不多,因此,通过该方法制备有机纳米材料还需要进一步深入研究。
1.5 气相沉积法
气相沉积是一种制备纳米材料容易的、可行的方法,在制备一维无机纳米材料、聚合物薄膜、有机-无机纳米复合材料上取得了很大的成功。最近,姚建年研究小组[19,20]发展了一种吸附剂改进的物理气相沉积技术,显著改善了有机纳米材料的单分散性和结晶性,制备了尺寸均匀的有机小分子单晶纳米线。他们利用这种方法制备了有机小分子五苯基环戊二烯(简称PPCP)纳米带及其组装体。PPCP在溶液以非晶薄膜中发蓝光,但在被制成结晶的一维纳米带组装体之后,出现了多色发光的特性,在用紫外、蓝光、绿发PPCP纳米带时,可以分别得到蓝光、绿光以及红光的发射[21]。他们将吸附剂改进的物理气相沉积法应用于掺杂的二元有机一维纳米材料的制备,也取得了成功,制备了三苯基吡唑啉(简称TPP)及红荧烯(Rubrene)均匀掺杂的一维结晶纳米结构,通过改变纳米材料中两种组分的比例,得到了发光颜色从蓝光到橙光连续可调的纳米线,并且在一定的比例下可得到白光发射的纳米线[22]。以上研究成果有望为新型有机发光材料的设计与制备提供新的思路。
1.6 激光辐射法
激光辐射法是近几年兴起的制备纳米微粒的一种优良方法。该方法具有粒子表面清洁,大小可以精确控制,无粘结,粒度分布均匀等特点,并容易制备出几纳米的非晶态或晶态纳米微粒。该方法适用于溶于水或不溶于水的有机化合物,在应用中可以用水来替代有机溶剂,减少环境污染,是一种更加绿色、环保的制备有机纳米材料的方法。Boli等[23]报道用激光辐射法成功合成了有机纳米材料VoPc和CuPc,研究了温度、辐射时间、表面活性剂的类型及表面活性剂的浓度对制备有机纳米材料VoPc和CuPc的影响。Tamaki等[24]报道了采用激光辐射法制备了芳香族和染料有机纳米材料。激光辐射法不但是一种较好的制备有机纳米材料的方法,同时也是一种控制分子聚集结构的手段。利用激光辐射法通过调节波长、脉冲宽度、辐射能量、辐射时间以及溶剂就能控制纳米分子的分散度、分子大小及相转变。但该方法需要的仪器昂贵,操作相对复杂,在一定程度上限制了其在有机纳米材料制备中的应用。
2 有机纳米材料特性的研究进展
有机纳米材料除了具有纳米材料所具有的小尺寸效应、表面效应、量子效应、宏观量子隧道效应等基本性质外,还具有许多独特的物理、化学性质如催化性质、荧光性质、热学性质。
2.1 催化特性
有机纳米颗粒尺寸小,位于表面的原子占的体积分数很大,产生了相当大的表面能,随着纳米颗粒尺寸的减小,比表面积急剧增大,表面原子数及所占的比例迅速增大。由于表面原子数增多,比表面积大,原子配位数不足,存在不饱和键,导致纳米颗粒表面存在许多缺陷,使其具有很高的活性,容易吸附其它原子而发生化学反应。当纳米颗粒的尺寸降到某一数值(1~10nm)时,电子能级由准连续变为离散能级,半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道能级,其能隙变宽,此现象即为量子尺寸效应。量子尺寸效应会导致能带蓝移,并有十分明显的禁带变宽现象,使得电子/空穴具有更强的氧化电位,从而提高了纳米催化剂的催化效率。Kim[25]等研究了并四苯有机纳米材料的催化性质,发现并四苯有机纳米材料具有较大的表面积,对几种不同的有机分子,尤其是对染料分子具有很好的催化活性,是一种很好的催化剂。
2.2 荧光特性
很多有机纳米材料具有荧光放射特性,Li等[12]研究了N,N-2-邻羟苯亚甲基对苯二胺(p-BSP)有机纳米材料的发光机理,并发现p-BSP有机纳米颗粒的荧光强度比其在溶液中增强了60倍以上。这些荧光有机纳米材料大部分都含有二苯乙烯官能团或者是二苯乙烯的衍生物。这种荧光放射现象是由荧光团聚合体分子内和分子间作用形成的。分子内作用包括构象的旋转和生色团的旋转。最近,Singh等[26]报道了一种纳米粒子,这种纳米粒子可以同时探测两种金属离子,这种纳米粒子是以CdSe和ZnS量子点为核,外面接枝一发色体,起到了良好的效果。
2.3 热学特性
有机纳米材料具有特殊的热学性质[27],在玻璃化转变温度Tg和热容方面不同于玻璃和液体,这种性质是由纳米颗粒的小尺寸效应造成的。随着有机纳米颗粒尺寸的减小,它们的Tg和热容差别减小,但相比熔化转变而言这种尺寸效应要弱的多。
2.4 生物特性
有机纳米材料的这些应用已趋于成熟,El-Kemary[28]报道了一种基于“阴离子”的有机纳米粒子吡罗昔康抗炎药,研究表明相对于常规药物有机纳米材料的发射光谱具有明显的红移特性,而有趣的特性还有待于深入研究。Qu[29]等报道了有机纳米粒子萘-硫脲-噻二唑(NTTA),具有对银粒子的荧光高选择性,可用于生物粒子性检测。
3 有机纳米材料的研究展望
由于有机纳米材料所具有的独特性质,有机纳米材料可用于OLED、化学传感器、生物标记、高效催化、新型的荧光材料、非线性光学、高密度信息存储等。
现在越来越多的人已把目光转移到有机纳米材料的功能化、量子点和有机纳米材料杂化这一研究上来,并取得了一定的成就。纳米技术的应用研究正在半导体芯片、癌症靶向诊断治疗、光学新材料和生物分子追踪四大领域高速发展。相信在不久的将来,有机纳米材料在癌症靶向诊断治疗、生物追踪等方面将会起到至关重要的作用,有机纳米材料将会有更广阔的发展前景。
摘要：由于有机纳米材料具有新颖的催化、光电、热力学等性能,因而具有光明的应用前景。本文综合叙述了有机纳米材料的制备方法及性质的研究进展,并对有机纳米材料研究发展趋势进行了展望。
关键词：有机纳米材料,制备方法,性质
纳米有机肥 篇2
掺杂Fe2O3纳米TiO2膜光催化降解有机染料废水中甲基橙
摘要：采用溶胶-凝胶技术,以普通载玻片为基底材料,制备了掺杂Fe2O3的.TiO2薄膜,用TEM、TG-DTA、XRD对TiO2薄膜进行结构表征.用掺杂Fe2O3的TiO2薄膜降解有机染料废水中的甲基橙.结果表明,焙烧温度500℃时,制备的TiO2薄膜牢固,有较好的光催化活性.在pH为4,投加一定量的H2O2,太阳光照射30 min条件下,甲基橙的降解率达到93.02%.和纯纳米TiO2膜相比提高了3%以上.作 者：曹广秀 马淮凌 姜芳婷 王磊 Cao Guangxiu Ma Huailing Jiang Fangting Wang Lei 作者单位：商丘师范学院化学系,河南,商丘,476000 期 刊：工业水处理 ISTICPKU Journal：INDUSTRIAL WATER TREATMENT 年，卷(期)：, 26(12) 分类号：X131.2 X788 关键词：溶胶-凝胶 纳米二氧化钛 光催化降解
纳米有机肥 篇3
1.1 课题研究意义及目的
随着我国经济的快速增长, 我国对电力的需求越来越大, 电力供应就显得尤为重要, 而电力供应的安全可靠就是事关当前国计民生的重中之重, 它对国民经济的持续增长的影响与作用也越来越大。输电杆塔作为承载全国电力传输的载体之一, 随着对于电力需求的不断增加, 它的需求量与使用量也是呈现出爆发式的增长。输电铁塔 (杆) 能不能稳定而又安全可靠的运作, 已成为影响输电线路长期安全使用的重要因素。
输电铁塔的结构特点为空间桁架结构, 主要采用角钢制成, 输电铁塔被使用在各种各样的环境, 在荒凉的戈壁与沙漠, 在辽阔的海洋与沙滩、在寒冷的冰原与雪山, 在一望无际的大草原、在偏远寒冷的山区、在繁华的城市与农村, 不论是人迹罕至的地方, 还是化学腐蚀严重的工业区, 到处都可以看到它孤独屹立的身影。输电铁塔 (杆) 由于经受着万千的磨炼与破坏, 承受着大自然给的各种考验和人类活动造成的种种伤害, 所以输电铁塔必须满足的防腐蚀、防锈蚀、耐酸性、耐碱性、耐水性、耐磨性、耐盐性等的要求越来越高, 而被破坏后的铁塔力学性能将会显著降低, 对输电的影响也是十分的巨大。通过实验表明, 输电铁塔的锈蚀与钢材材料的延伸率有关, 延伸损失率与界面损失率成正比关系。因此当锈蚀面积增加时, 输电铁塔 (杆) 中钢材的坚硬性就会降低, 所以我们必须尽可能的减少易锈蚀腐蚀面积来保证输电铁塔 (杆) 的坚硬性与安全可靠性。输电铁塔 (杆) 的腐蚀锈蚀会影响电力铁塔的电力运输安全与效率, 给国家的经济发展带来不可轻视的影响。同时由于铁塔的造价高昂, 一旦铁塔遭到严重的腐蚀、锈蚀破坏, 不仅难以维修, 而重新建造则会耗费大量的人力、物力和财力, 得不偿失。由此而言, 对于输电铁塔的防腐特别重要, 也是当前研究的重点与热点方向, 意义十分重大。
1.2 金属防腐的一般方法和原理
金属防腐的原理就是通过各种各样的方法与手段来使容易被腐蚀锈蚀的金属材料得到保护, 从而达到可以最大限度的使用的目的, 使金属的使用寿命的到延长, 可以更好地为人类服务。通常有以下几种方法:提高金属材料自身的防腐性能, 金属表面涂、镀保护层, 处理与金属接触的腐蚀物质, 电化学保护法。
1.2.1 提高金属材料自身的防腐性能
可以使用与周围环境不易发生化学反应和物理反应的材料与金属一起加工成合金产品来提高金属本身的抗腐蚀与锈蚀的能力, 部分金属还可以通过热处理方法, 改变金属自身的内部构造提高抗腐蚀与锈蚀的能力, 例如不锈钢等。
1.2.2 金属表面涂、镀保护层
在金属表面涂、镀上保护层来隔离金属表面与外界环境中的接触, 减少与腐蚀物质的接触, 进而达到保护金属的目的。例如涂刷油漆、电镀保护膜等。
1.2.3 处理与金属接触的腐蚀物质
处理与金属接触的腐蚀物质就是改变易腐蚀物质的性质来减低对金属的腐蚀能力。
1.2.4 电化学保护法
利用直流电来保护金属不受腐蚀或尽可能的减少腐蚀。例如牺牲阳极保护法、外加电流保护发、阳极保护法等。
1.3 表面磷化技术
表面磷化法可以最大限度的提高金属的抗腐蚀、抗锈蚀的能力, 所以是目前采用最多的也是最简便方法之一。
1.3.1 磷化技术原理
把用于制作输电铁塔 (杆) 的钢构件浸入磷化液, 在钢构件表面沉积形成一层不溶于水的结晶性磷酸盐转换膜的过程, 钢构件浸入磷化液组成的酸性稀水溶液, 通过吸热反应形成磷化膜。
1.3.2 磷化的作用
涂抹涂料前, 进行磷化, 可以增前涂料涂层与角钢件的结合力, 提高涂装后角钢表面的耐蚀性。
1.4 纳米材料简介
1.4.1 纳米材料简介
纳米属于长度单位, 1纳米=10-9米, 即十亿分之一米。仅仅只有于一根头发丝粗细的八万分之一。“nanometer”源自拉丁文, 意思是“矮小”。虽然纳米本身是微小的, 但是纳米在生活中的各个领域的应有却是十分广泛的。在21世纪初, 纳米技术的研究就取得了一定的成果, 纳米技术就被应用在电子行业、医学、能源、交通等方面。纳米技术影响了我们的生活的衣食住行等方方面面。纳米技术已经引领了社会的发展, 可以毫不夸张的说谁掌握了最先进的纳米技术谁就会站在时代的潮头, 就会先人一步的品尝成功的喜悦。
纳米技术是在纳米尺度的基础上, 利用物质之间的传输、转变的反应来实现他们的特殊性能, 使人类变成“造物主’一般的存在, 创造出新的物质和能源来改变日益枯竭的资源, 并且探索出在纳米尺度内物质运动的新现象和新规律, 从而找出新的利用方式, 创造出新的生活方式。纳米技术的应用, 为很多领域的发展起到了推动作用, 例如在防腐涂料业中, 由于纳米材料的表面效应、体积效应、量子尺寸等特性优于传统涂料, 因此使纳米涂料相比于传统的涂料增加了许多新的特点。
1.4.2 纳米二氧化硅的应用
纳米二氧化硅是一种白色无味的, 没有固定的形态, 成白色蓬松状的粉沫。它具有较高的稳定性、优越的化学性能和机械性能, 是一种惰性的化学物质, 具有较强的耐磨性, 稳定性。纳米二氧化硅加入涂料中可以提高涂料的隔热性能和热稳定性能, 纳米二氧化硅是一种很常见的涂料添加剂。纳米二氧化硅是一种超细微的无机材料。他的粒径极小, 比面积却很大, 分散性高, 吸附性强。
纳米二氧化硅的这几个特性使它被广泛的应用在生活中的方方面面。例如, 应用在陶瓷的生产工艺中来提高陶瓷的光洁度, 应用在橡胶的生产制造中来提高橡胶的强度与特性, 应用在塑料中来提高塑料的使用性能, 应用在涂料中来提高涂料的防腐蚀防锈蚀的性能, 应用在化妆品中来减少太阳光中的紫外线辐射。本次实验主要是应用在涂料的防腐蚀锈蚀的改性中。
虽然我国目前纳米二氧化硅的改性的研究已经取得了一定的成就, 但是对纳米二氧化硅还有许多方面还没有最大限度的开发出来。我国虽然作为涂料的生产大国和消费大国, 但是涂料的性能却有多方面的不足, 导致很多要求特性性能的涂料需要从国外进口, 导致成本大大增加, 因此对改性纳米二氧化硅的研究现在是一个热点任务, 也是迫在眉睫的重点任务。对于输电铁塔 (杆) 作为户外使用的钢结构, 腐蚀锈蚀是特别难解决的问题, 它包括化学腐蚀和电解腐蚀。而纳米二氧化硅具有的特性可以解决这两大问题。
1.5 课题研究内容
研究在涂料中添加纳米二氧化硅是否具有保护输电铁塔的效果, 尤其是受到各种各样锈蚀的输电铁塔。第一步, 把配制好的磷化液均匀的涂刷在已经锈蚀的输电铁塔 (杆) 的角钢表面, 选择环氧铁红防锈底漆与磷化液配合均匀的涂刷在锈蚀的角钢表面, 第二步, 选择环氧铁红防锈底漆、环氧云铁中间漆、氟碳面漆涂装体系。通过机械分散法和化学分散法两种方法, 对纳米二氧化硅进行修饰, 尽量让其与涂料液均匀溶解, 用修饰好的纳米二氧化硅对较好涂装体系的面漆进行改性, 使环氧铁红防锈底漆与磷化液和涂装体系的各项性能在原有的基础上得到优化。
2 磷化液的配制原理方法及磷化膜的性能检测
2.1 磷化液的配制
磷化液中的H3PO4在磷化过程中形成磷化膜, 该化学反应分为两个化学反应过程。
磷化液配制方法:
(1) 首先在容器中先放入适量的乙醇, 在搅拌过程中缓缓加入CUT-051, 待溶解完成后, 方可停止搅拌, 置于桌上, 等待使用。
(2) 然后将氧化锌中加水直至变成稠状, 再加入磷酸溶液, 待其溶解完成后, 边搅拌中依次加入CUT-052、氟化钠、硝酸镍、氯化钠、OP-10:
(3) 最后, 将第一次配制的溶液慢慢的加到第二次配制的溶液中, 加水稀释至1升。
2.2 磷化液的使用方法
(1) 首先把实验材料角钢表面的铁锈等杂物除去, 使其干净, 减少其他因素对磷化液的不利影响。
(2) 在除去了铁锈等杂物的角钢的表面均匀的涂刷配制好的磷化液。
(3) 待角钢表面干燥一段时间以后再均匀涂刷已经配制好的漆膜。
2.3 磷化膜的性能检测
制作出磷化液试样。根据国家现行的标准方法对磷化膜的外观、腐蚀性、膜重、涂料的附着力以及漆膜的乃是性能性进行检测, 观察得出, 磷化液的指标均合格, 达到了国家的现行标准。磷化膜与漆膜的结合比较紧密, 达到了用作输电铁塔 (杆) 的防腐蚀防锈蚀的要求。
3 对加入纳米Si O2的改性有机涂料的性能进行检测
3.1 二氧化硅溶剂的配制及溶解
用氟碳面漆的稀释剂作为二氧化硅的溶剂, 对烧杯进行编号, 编号分别为1号, 2号, 3号, 4号和5号。在其中分别加入浓度为0%, 1%, 3%, 4%, 5%的二氧化硅。分别在5个烧杯中加入相同的分散剂, 同时将其置于超声波清洗器中, 待其分散之后, 分别将它们加入到与其对应的氟碳面漆中, 用JJ六联动搅拌机同时搅拌20分钟。
3.2 选择实验的样本
选用材质为50mm长5根的锈蚀程度相同的输电铁塔 (杆) 角钢, 作为本实验的实验样本.制作流程为:选取相同的锈蚀的角钢——除去角钢表面的铁锈等杂物——均匀的涂刷配制好的液体——自然晾干。
3.3 实验结果的分析
通过观察油漆面的外观, 铅笔的硬度, 附着力、漆膜的耐酸性、耐酸性等检测结果。发现3号烧杯中漆膜保持良好的流平性, 干燥后漆膜平整, 铅笔的硬度为B附着力为0, 耐酸性时间最长, 耐盐雾的时间最长, 在恒电位阳极极化实验中中, 腐蚀电流的密度均小于其他烧杯。由此可知, 二氧化硅的配制量不是越多越好, 它的最佳使用量是有范围值的。
在实际使用过程中, 对于二氧化硅的添加要按照一定的比例配制, 不能随便使用, 使用量的过多过少都将导致二氧化硅的性能不能充分发挥, 因此在防腐涂料的使用过程中必须严格控制纳米二氧化硅的添加量。也说明了在生活中我们要适可而止不能无尽的索取, 不能无尽的苛求自己。
4 结语
在这次的研究中对于磷化液的制作比较简单, 形成的磷化膜与底漆的结合力强, 在多种环境下的性能均属优良, 符合国家现行标准, 可以作为锈蚀输电铁塔涂装处理剂。
将纳米二氧化硅加入氟碳面漆中, 发现它可以使氟碳面漆的机械性能, 耐化学试剂性能都有所改善。并且二氧化硅的用量是3%时, 尤其表面具有很好的流平性, 漆面平整光滑, 硬度最优, 附着力差等各项性能均为最优。因此, 在平常的使用中要尽可能的按比例配制使用。
5 对未来的发展与应用的畅想
由于此次的实验比较简单, 对铁塔防腐蚀防锈的研究不够透彻, 所以存在许多的不足与缺陷。对未来纳米材料改性有机涂料的发展与应用有几个畅想。
(1) 对本次实验所使用的理论能够有更加深入的理解;
(2) 对本次实验中存在的问题能够有一个系统的认识, 对未来的研究与应用打下坚实的基础;
(3) 对纳米改性二氧化硅的研究还要继续, 不断深入, 不断的探索, 发挥出纳米改性二氧化硅的深层的意义。
(4) 对纳米材料能够更多的发掘出在防腐蚀防锈蚀的能力, 不在仅仅局限于传统的材料中。
摘要：电力系统是由发电、输电、配电以及用电设备等组成的产生电能的系统。电力系统是由三部分组成的, 从电厂发电, 线路运输, 到用户使用这三个有机整体组合的。每一个环节都讲究相互配合, 一旦有一个部分出现问题, 都不能保证电力系统的安全与稳定的运行。而输电杆塔作为运输电力系统配置的重要组成部分, 它的腐蚀破坏将导致输电系统的可靠性能和用电网络的安全性能的降低, 进而对整个的电力系统的安全与可靠产生巨大的破坏。因此对输电杆塔的防腐保护的意义重大。本论文主要是对输电铁塔的防腐进行研究, 找出输电铁塔锈蚀的原因, 对铁塔腐蚀的防护方法尽可能的提出建议。通过实验, 提出采用纳米有机涂料的建议, 能够更好的更加有效的对铁塔进行保护。
关键词：锈蚀输电铁塔,纳米二氧化硅涂料,磷化作用,防腐涂料
参考文献
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[2]《腐蚀与防护》刘元伟, 2015.
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[4]陈云苗文华等输电铁塔的腐蚀与保护[J]电力建设2010 (8) .
[5]高立, 宋胜利-《装备制造技术》, 2013.
纳米有机肥 篇4
纳米材料具有优异的物理、化学、力学、光学以及磁学等性能,在材料界备受关注。将纳米粒子作为填充材料与传统材料进行复合提高其性能,已成为当前研究和应用的热点[1]。传统的防腐蚀涂料富含锌、铬、铜等,在环境保护、资源及成本等方面有一定的局限性。将纳米材料应用于涂料,能提高涂层的各项性能,进而可以提高涂覆件的档次和竞争力[2]。在某些场合,涂层的疏水性能十分重要。而疏水性复合涂层的制备较为复杂,常用的工艺有相分离法、自组装法、化学沉积法等,不太适合工业化生产。目前,对涂层的疏水性能影响其防护性能的研究比较少。
本工作采用溶胶-凝胶工艺[3,4,5,6,7,8],用浸渍-提拉法制备掺杂纳米粒子有机-无机复合涂层,并用不同的修饰剂以物理法进行修饰,研究了其对涂层疏水性能和防护性能的影响。
1 试 验
1.1 复合涂层的制备及修饰
(1)基材处理
基材选用LY12CZ铝合金,尺寸为30 mm×20 mm×1 mm。用400目水磨砂纸将其表面打磨光滑、平整,用蒸馏水冲洗;分别用5%NaOH和5%HNO3溶液清洗,用蒸馏水冲洗干净,室温下吹干。
(2)溶胶配制
以正硅酸乙酯[Si(OC2H5)4,TEOS,分析纯]和蒸馏水为原料,冰醋酸(分析纯)为催化剂,硅烷为偶联剂(KH550,化学纯),配制3份TEOS ∶H2O ∶HAc ∶KH550体积比为3.50 ∶50.00 ∶1.00 ∶0.50的溶液;用WCJ-802型磁力搅拌器搅拌3 h;在3份溶液中依次加入0.02 g SiO2[粒径(30±1) nm,含量≥99.0%],0.02 g TiO2 [粒径(10±5) nm,含量≥99.0%]和羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH,羟基3.06%,粒径10～20 nm,含量≥95.0%);用CQ50型超声波清洗45 min后,磁力搅拌72 h,控制pH值为5～6,得到3份溶胶。
(3)复合涂层的制备及修饰
将铝合金在3份溶胶中浸泡20 min,用浸渍-提拉法制备复合涂层,室温晾干。以正十二烷基三甲氧基硅烷(含量为93.0%)、正辛基三乙氧基硅烷(含量为97.0%)、十六烷基三甲氧基硅烷(含量为95.0%)、十七氟癸基三甲氧基硅烷(含量为97.0%)、聚氧乙烯单-4-辛基苯基醚(含量为70.0%)为修饰剂(编号依次为1～5),以异丙醇(分析纯)为溶剂;将复合涂层在2%修饰剂中浸20 min,进行表面修饰,然后取出室温下自然风干,置入DHG-9140型电热恒温干燥箱,100 ℃烘1 h,取出自然冷却至室温;用石蜡和松香封边。
1.2 复合涂层的性能测试与表征
通过SL100C型光学接触角测定仪测量复合涂层的水接触角,并分析其疏水性能。用QUANTA200型扫描电镜观察复合涂层的微观形貌。用CHI750型电化学工作站测定复合涂层的电化学腐蚀行为:三电极体系,以铂电极为辅助电极,饱和甘汞电极为参比电极,试样为工作电极,面积1 cm2;介质为3.5%NaCl溶液。
2 结果与讨论
2.1 5种修饰剂对3种复合涂层疏水性能的影响
图1为5种修饰剂对纳米 SiO2 ,纳米 TiO2 及MWCNTs-OH复合涂层疏水性能的影响。从图1可以看出:1～4号修饰剂一定程度上增加了复合涂层的疏水性能,其水接触角都大于90°,具有良好的疏水性能,这是因为4种修饰剂都含有一定量的疏水基团,复合涂层经过修饰,表面自由能降低,疏水性能增加,但是不同的修饰剂疏水基团不同,对涂层疏水性能的改变幅度也不同,所以4号修饰剂对3种复合涂层的疏水性能效果最好,相应的接触角达到了120.95°,121.62°和 146.58°,均大于 120°,表明3种复合涂层表面都具有超疏水性能。其原因是4号修饰剂在涂层表面形成了大量的疏水性氟基团,更大幅度地降低了复合涂层表面的自由能;5号修饰剂由于亲水性良好,使涂层的亲水性加强,因而使其接触角都小于90°。
2.2 盐水浸泡对3种修饰复合涂层疏水性能的影响
以4号修饰剂修饰的3种复合涂层为例,其在3.5%NaCl溶液中的疏水性能与浸泡时间的关系见表1。从表1可知,3种复合涂层修饰前后的水接触角都随其浸泡时间的延长有一定的降低:修饰前复合涂层的水接触角下降很快,浸泡前水接触角都大于90°,具有疏水性,浸泡6 h后,前两者降至90°以下;浸泡时间越长,水接触角越小,浸泡为25 h,分别降至21.31°,17.72°和37.03°,远低于90°,已由疏水性转变为亲水性;修饰后的3种复合涂层随着浸泡时间的延长,水接触角降低的幅度非常小,浸泡15 h后,基本趋向稳定,浸泡25 h时,分别降至102.14°,102.75°和126.28°,依然大于90°,仍具有较好的疏水性能,其中MWCNTs-OH复合涂层的水接触角仍然大于120°,具有超疏水性,而纳米 SiO2 和纳米 TiO2 复合涂层已由浸泡前的超疏水性降为疏水性。
由上可以认为,良好的疏水性能需要基础涂层及涂层表面合理的修饰共同作用才能获得和维持,仅用一种方法往往不行。
图2为以上3种复合涂层的SEM形貌。从图2可以看到,3种复合涂层表面都没有开裂和气孔等缺陷,且较厚实,致密性良好,在铝合金表面形成了良好的保护膜,与铝合金结合性很强。图2a,2b显示,复合涂层表面有白色颗粒,这主要是由纳米 SiO2、纳米 TiO2 粒子团聚而引起的。图2c中没有这些颗粒,说明 MWCNTs-OH在复合涂层中分散性更好,表面致密、平整,对基体的保护效果优于前2种,这与其前面的疏水性能最强相一致。
2.3 3种复合涂层的防护性能
2.3.1 浸泡初期的极化曲线
将4号修饰剂修饰的3种复合涂层置于3.5%NaCl溶液中浸泡,初期的极化曲线见图3,拟合的数据见表2。由图3和表2可以看出:铝合金在腐蚀性介质中阳极表现为金属失电子溶解,阴极表现为析氢去极化过程,腐蚀电位最负,耐腐蚀性最差;3种复合涂层的腐蚀电位均较铝合金明显正移,腐蚀电流密度降低了3个数量级,极化电阻增加了2～3个数量级。这表明3种复合涂层明显提高了铝合金的耐蚀性,MWCNTs-OH 复合涂层的腐蚀电流密度虽比纳米 TiO2 复合涂层偏大一点,但腐蚀电位正很多,极化电阻也明显大,因而对铝合金的防护效果最好。总之,3种复合涂层都对铝合金有非常好的防护,但防护程度有一定的差异。
2.3.2 浸泡初期后的极化曲线
图4为纳米 SiO2 复合涂层在3.5%NaCl溶液中经初期浸泡后的极化曲线。由图4可以看出:浸泡时间对纳米SiO2复合涂层的腐蚀电位影响较小,腐蚀电位集中在-0.5～-0.6 V;浸泡25 h时,腐蚀电位最负,可能是纳米 SiO2 复合涂层有了轻微破坏,少量的腐蚀液渗到铝合金表面,发生了反应,同时腐蚀电流密度也有一定的升高, 由初期的 3.309×10-8A/cm2 升为 1.469×10-6A/cm2,防护性有所降低。其实,浸泡初期的腐蚀电位并非最正,纳米SiO2复合涂层浸泡,刚开始不稳定,后来逐渐向饱和稳定的状态转变;刚浸入3.5%NaCl溶液时,纳米SiO2复合涂层吸入了少量腐蚀液,导致腐蚀电位偏负,随着浸泡时间的延长,和腐蚀溶液之间逐渐形成了一种平衡,使腐蚀电位逐渐变正,且维持在 一定的范围内,仅作微弱变化,此时水接触角也趋于稳定,处于动态平衡。
图5为纳米 TiO2复合涂层在 3.5%NaCl溶液中浸泡的极化曲线。由图5可看出,随着浸泡时间的延长,腐蚀电位有一定变化,且较纳米 SiO2 复合涂层的大:浸泡20 h时,TiO2复合涂层的腐蚀电位向负向变化的趋势增大,浸泡25 h时,腐蚀电位已小于-0.7 V。这表明纳米 TiO2 复合涂层已逐渐遭到破坏,腐蚀溶液已渗到铝合金表面,产生了腐蚀,其腐蚀电流密度由浸泡初期的1.081×10-8 A/cm2 变为2.330×10-6A/cm2,但相对于铝合金还是较低,依然能有一定的防护作用。
图6为 MWCNTs-OH复合涂层在 3.5%NaCl溶液中浸泡的极化曲线。从图6可以看出,随着浸泡时间的延长,其腐蚀电位逐渐负移:浸泡时间为10 h时,腐蚀电位降到-0.5 V左右,浸泡时间再延长,腐
蚀电位趋于稳定,并维持在-0.5～-0.6 V;腐蚀电流密度在不同浸泡时间下的变化幅度都很小,浸泡初期为1.155×10-8 A/cm2,浸泡25 h后为9.579×10-8A/cm2。由此可见,MWCNTs-OH复合涂层阻断了腐蚀溶液的渗透,防止了其对铝合金的腐蚀。
2.3.3 不同浸泡时间的腐蚀电流密度
图7为3种复合涂层在3.5%NaCl溶液中浸泡不同时间的腐蚀电流密度。从图7可以看出,随着浸泡时间的延长,3种复合涂层的腐蚀电流密度都逐渐增加:纳米 SiO2 复合涂层和纳米 TiO2 复合涂层浸泡20 h时,腐蚀电流密度快速上升,防护性能逐渐降低;MWCNTs-OH复合涂层的腐蚀电流密度随浸泡时间的延长基本维持稳定,表明腐蚀溶液难以渗至基体,其防护性能和疏水性能均良好。
由上可见,3种复合涂层对铝合金都具有较强的防护性能,但随着在浸泡时间的延长,防护性能的下降趋势不同:纳米SiO2复合涂层和纳米 TiO2 复合涂层下降偏大,MWCNTs-OH复合涂层下降很微弱,仍具有良好的防护性能,这与前面的疏水性分析结果相一致。对3种复合涂层表面修饰,在提高其表面疏水性能的同时,没有降低对铝合金的防护性能,表明得到了疏水性能和防护性能均优的纳米颗粒掺杂有机-无机复合涂层,其中以 MWCNTs-OH复合涂层的防护性能为最佳。
3 结 论
十七氟癸基三甲氧基硅烷修饰剂能提高3种复合涂层的疏水性能。3种复合涂层修饰后在 3.5%NaCl溶液中都具有良好的疏水性能和防护性能,其中以MWCNTs-OH复合涂层的为最好。
参考文献
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纳米有机肥 篇5
据介绍, 太阳能电池使用了两种不同类型的半导体, 分别为P型和N型, 相互结合组成了所谓的“PN结”, 这是太阳能电池的重要组成部分, 因为它会产生电场, 使得光能转变为电流。
经过几十年试验, 科学家发现理想的“PN结”结构是垂直的纳米柱———“纳米草” (nanograss) , 这种结构能够非常有效地捕获光线, 并在无机太阳能电池上已经实现, 但在难以捉摸的有机太阳能电池上却遇到了挑战。
现在, 该研究小组发明了一种新的简单、灵活的技术, 可以生产这种“纳米草”。他们将半导体原材料和石墨烯底料放在真空的温度梯度炉中, 开始的低温能够先形成一个超薄薄膜, 然后随着温度的提升, 半导体化合物便像硬币一样一层层地堆叠, 一个“纳米草”便形成了。
纳米有机肥 篇6
然而就我们调查文献所知道, 合成一些含均匀的、单分散性的可移动的重金属颗粒内核, 其他功能型材料为壳的核壳结构还报道的很少。可以预见, 比例合适的两种功能金属材料的复合应用不仅对其内在属性, 而且它们之间的相互作用都将大大提示材料的应用范围。
本文报道合成了一种新型的内含可移动金核的二氧化钛核壳空心球结构。这种新型的结构呈现出一种良好的光催化性质。合成这种结构, 首先是通过水热法合成单分散性的包覆有金核的碳球。第二步是通过简单的回流方法使得正钛酸丁酯水解在碳球外表壁上面包覆上一层均匀的二氧化钛前驱物层。最后通过煅烧的办法除去中间的碳层形成二氧化钛壳。
1 实验部分
所用试剂购自上海化学试剂公司, 均为分析纯, 且在使用前都没有进行进一步纯化处理。
1.1 金@二氧化钛空心球的合成
1.1.1 水热条件下合成金@碳球
将2.5g 葡萄糖搅拌条件下溶于40mL去离子水中形成澄清溶液, 然后1.2mL浓度为10mmol氯金酸溶液亦在搅拌条件下缓慢滴加在上述溶液中, 大约10min后形成金黄色溶液, 然后将上述溶液转移到50mL带特富农内存的不锈钢反应釜中, 封闭后在160℃恒温20h[11]。将反应釜得到的黑色产物分别用酒精和蒸馏水经过三次离心、洗涤后, 在80℃烘干成粉末待用。
1.1.2 金@二氧化钛空心球的制备
取上述约0.1g刚制备不久的Au@C核壳结构的球分散到25mL去离子水中, 超声分散5min使得Au@C核壳结构的球可以充分分散开形成均匀的悬浮液, 然后20mL 0.1mmol/L正钛酸丁酯的乙二醇溶液缓慢滴加到上述悬浮液中, 然后混合后的悬浮液转移到140℃的三颈烧瓶中回流8h。在回流过程中, 1.2 mL浓度为0.1mol/L硝酸溶液非常缓慢的滴加到上述混合溶液中以促进正钛酸丁酯的水解。为使得后续处理的球体不易破碎, 在回流快结束前的两小时再缓慢滴加4 mL浓度为2mol/L硝酸。产物经过蒸馏水和乙醇分别离心、洗涤三次后以每分钟1℃的速率升温到600℃, 并恒温2h除去中间的碳层。煅烧后的样品经过三次离心, 分散后待测。
1.2 样品的表征
产物的物相分析是通过X-射线粉末衍射 (XRD) 进行的, 仪器型号为Philip X’Pert PRO SUPER多晶X-射线衍射仪, 采用高强度Cu Kα线
2 结果与讨论
2.1 物像成份分析
物像成产物的物相分析是通过X-射线粉末衍射 (XRD) 进行的, 仪器型号为日本理学Rigaku D/max-rA多晶X-射线衍射仪, 采用高强度CuKα线
中间的111与200标志为单质金颗粒的XRD图谱
2.2 SEM及TEM形貌观察
整个样品我们还通过透射电子显微镜及扫描电子显微镜加以分辨。
图2a、b是包覆有金核的碳球的透射电镜照片。从照片中, 我们可以清晰的看到, 碳球的大小约在380nm左右, 外表壁非常光滑, 大小比较均匀。图2c和2d是包覆有二氧化钛前驱物的含有金核碳球的透射电镜照片, 从中我们可以清楚的发现, 原先光滑的碳球表面明显变粗糙, 显示是有物质包覆上去, 球体大小略有增加。图2e和f透射电镜照片也清楚的证明, 样品是空心的二氧化钛球, 直径约在450nm左右, 壁厚约为40nm。中间的金颗粒在空腔内是可任意移动。边缘和中间部位显著的明暗对比是透射电镜照片中空心球的标志, 而中间的黑色小点就是可移动Au颗粒的标志。通过几张透射照片的对比, 我们可以清楚的发现, Au颗粒在不同的位置出现, 而在前面的Au@C结构中, 如图2a所示, 与Au颗粒只是在中心部位出现相比有明显的差别, 这又验证了Au颗粒在二氧化硅空心球内是可以移动的。从透射照片中, 我们还可以发现, Au颗粒没有发生团聚, 分散的比较好, 这对于后面的测试催化效果是非常理想的。
从图3扫描电镜照片中, 我们可以发现, 球体的表面是有长丝状的丝线组成, 球体大小较为均匀, 分散性较好。球体直径在400～450nm左右, 颗粒的完整性比较好, 少有破损。为后面测试作对比, 我们又利用碳球而非碳包金球作牺牲模板合成了空心的二氧化钛空心球, 后续制备步骤和前面的样品完全一样。制备得到的空心二氧化钛空心球的大小也是约为400～450nm左右。
c和d包覆有二氧化钛前驱物的含有金核碳球的透射电镜照片;e和f为含有可移动金核的二氧化钛空心球透射电镜照片
2.3 催化性质的讨论
为了研究含有可移动金核的二氧化钛空心球的催化性能, 我们采用了亚甲基蓝作为光降解材料来研究样品的光催化效果。亚甲基蓝是一种有机类染料, 在不同的pH值条件下能够从偶氮类转化成恩醌类, 颜色也随之发生改变。从相关文献中, 我们可以知道, 亚甲基蓝的分子式如下图所示:
由于在甲基蓝浓度在0～45mg/L之间的时候, 对于光的吸收和浓度之间有很好的线性关系, 因此我们可以用一次动力学方程ln (Co/C) = kt (Co原始浓度;C当前浓度) 来描述亚甲基蓝的降解情况。新制备的大约浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液 (pH值大约在6.15左右) 的主要成份是偶氮结构。含有可移动金核的二氧化钛空心球在550～700nm左右有很强的吸收峰, 正好符合测量样品对亚甲基蓝在光照条件下的降解情况的条件。为了排除亚甲基蓝直接光照所造成的影响, 我们同时也设计了一些实验来排除干扰, 使得能够得到纯粹的含金核的二氧化钛空心球对亚甲基蓝的光催化影响。我们用未加任何二氧化钛样品的亚甲基蓝作为空白对比实验。
光照实验是按照如下条件做的, 在装有样品溶液的烧杯上方20cm处放有100瓦的汞灯, (输出波长为360nm) 。在几组对比实验中, 除特别说明外, 相同药品的用量是完全一致的。当分别加入0.1g (a:自备的二氧化钛空心球;b:商业购买的P-25;c:可移动金核的二氧化钛空心球) 和50毫升浓度为1×10-7mol/L的亚甲基蓝溶液加到100mL锥形瓶中, 然后将锥形瓶分别在10、20、40和60℃水浴条件下利用前述汞灯照射, 同时剧烈搅拌。光照前、后亚甲基蓝的浓度我们可以用UV-240紫外分光光度计在室温条件下测得吸收峰的强度作为参考系数, 所得数据如图4所示。从图4中, 我们可以发现, 随着温度的升高, 在别的外界条件完全一样的条件下, 亚甲基蓝的降解速度加快, 这也符合化学反应动力学的要求。
为了更清楚的显示出光催化对于亚甲基蓝的催化效果, 我们拍摄了在加入催化剂0、3、8、88min后的亚甲基蓝溶液的数码照片, 如图5所示。很明显, 在开始三分钟的时候, c溶液 (催化剂为含可移动金核的二氧化钛空心球) 相对应a溶液 (催化剂为自备的二氧化钛空心球) 和b溶液 (催化剂为商业购买的P-25粉末) 蓝色明显变淡, a样品紫外吸收峰值降低至65%, 而b和c两个样品的紫外吸收峰均保持在原始值的90%左右, 显示a溶液亚甲基蓝的浓度有很大的降低。当光照时间达到8min的时候, b和c溶液的蓝色都已经接近消失, 只有a溶液中的蓝色还有残存。当光照时间达到88min的时候, 我们可以看到, 三个对比实验的的溶液均已经变成白色, 通过紫外测试可以发现, 亚甲基蓝的浓度非常低。二氧化钛对亚甲基蓝的催化作用接近完成。通过上面的对比实验, 我们可以清楚的发现, 含有金核的二氧化钛空心球对亚甲基蓝的催化效果是最快的, 其次是商业购买的P-25二氧化钛粉, 自备的纯粹二氧化钛空心球的催化效果在三个对比实验中是最慢的。
根据文献的报道, 二氧化钛的催化效果与二氧化钛上面所载的重金属的形状及其分散性有关, 因此我们沉积合适的金属颗粒到二氧化钛载体上面是提高二氧化钛催化性能的一条有效途径。这些金属能够有效的抑制光电子与空穴的复合, 从而提高光电子的寿命, 达到提高含金属的二氧化钛催化性能的作用。
但是如果所配载金属的量过多的话, 完全覆盖了二氧化钛的表面, 对二氧化钛的催化作用是非常不利的, 将会大大降低二氧化钛的催化性能。在我们这个实验中所制备的含有可移动金核的二氧化钛空心球具有均匀的金颗粒, 比较大的表面积, 因此具有较好的活性, 能够有效的催化有机物, 本文章是以亚甲基蓝作为催化实验[12]。
一般说来, 光催化反应的反应活化能较低, 很少受到温度和反应速率的影响。但是在催化过程中, 伴随着大量的氧化-还原反应, 这些反应有大量的热量的吸收和放出。因此在整个催化过程中, 我们不能忽视温度对催化过程的影响。我们选取了在亚甲基蓝浓度为1×10-7摩尔/升的不同温度下的催化过程, 加入的含可移动金核的二氧化钛空心球样品量为0.02g/升。按照传统的吸光度公式, (A/A0) ×100 % (A:当前样品的吸光度;A0:原始样品的吸光度) , 样品中剩余的亚甲基蓝的浓度可以通过UV-240紫外吸收仪测量的吸收峰值间接得到。按照动力学一次方程公式:ln (A0 / A) = Kt, 我们测得在不同温度下用波成为365nm的紫外灯照射的亚甲基蓝的降解常数, 如图5所示, 从中可以发现温度对于亚甲基蓝的降解作用的影响是非常微弱的。
3 结 论
纳米有机肥 篇7
随着现代社会的快速发展, 为了能够解决因为工业发展而产生的遗留问题, 各种先进的技术手段都应用到了处理过程中。碳纳米材料的分散性将会在一定程度上影响污水有机污染物的吸附特性, 因此了解碳纳米材料的对污水有机污染物的吸附性, 也能够更加帮助后续对其所产生的环境效应的影响。
二、碳纳米材料分散性与有机污染物的吸附关系
为了了解碳纳米分散性对污水有机污染物之间的吸附关系, 将以一个实验进行解释。选取一部分的碳纳米材料, 将其进行捣碎, 在不同的水化学的条件下, 将其进行充分的搅拌, 并采用超声溶剂对其进行替换, 从而制作成为不同分散体系的C60颗粒。将这些C60颗粒与未分散的C60颗粒一齐放入污水中, 观察二者对于污水中的有机物的吸附能力。结果发现, 未经过分散的C60颗粒因为粒径比较小, 所以所暴露的表面比较多, 因此其吸附能力比较大, 而因为具有分散体系的C60颗粒因为表面的化学性质受到了改变, 所以对污水中有机物的吸附能力有所下降[1]。详情见图1。
通过图1可以了解到, 本次研究是将C60颗粒对污水中的有机物的吸附结果分为了三组, 也就是Ⅰ组、Ⅱ组与Ⅲ组。根据这三组的C60颗粒的分散体系的表面积的吸附量, 三者的关系如下:Ⅰ组>Ⅱ组>Ⅲ组。也就是说, 分散体系越好的C60颗粒, 对污水中有机污染物的吸附力就越小。
三、碳纳米材料的分散性对有机污染物的吸附研究
为了能够更为直观的对碳纳米材料的分散性对有机污染物的吸附进行研究, 下文将以碳纳米管为例, 对有机污染物中的非极性与极性有机污染物进行研究。
1、对非极性有机污染物的吸附研究
首先是非极性有机污染物, 非极性有机污染物就以酮类与烷烃类物质为例。因为不同的非极性污染物质, 碳纳米材料对其的吸附类型也是不同的。酮类中的丙酮分子在单壁碳纳米管上的吸附类型是属于化学吸附的类型;烷烃类中的丁烷在一碳纳米管上的吸附力取决于碳纳米管中碳链的长度的长短[2]。
2、对极性有机污染物的研究
其次是极性有机污染物的研究, 极性有机污染物以苯酚和苯胺为例。苯酚和苯胺在一碳纳米管中的吸附力主要是受到其结构以及官能团的影响, 且其吸附量也是根据其芳环、酚羟基等官能团的数目增加而增加。也就是不同的极性有机污染物的吸附量与特定环境的关系并不是很大, 其主要的影响是根据自身的官能团与结构[3]。
四、影响有机污染物吸附的因素
影响有机污染物吸附的因素主要有两个, 分别是碳米材料自身分散性的影响, 另一个则是污染物的结构与性质影响。
1、在上文也了解到, 碳纳米材料的分散性越强, 其对污水中有机污染物的吸附性就越弱
以一碳纳米管为例, 该种材料表面具有疏水性的表面, 因此非常容易聚集并沉降在水体中, 从而导致吸附面积降低。一般为了改善一碳纳米管在污水中的分散性, 因此一般是采用浓
HNO3、浓H2SO4, 该种方法是属于强氧化性物质回流纯化法;另一种方法是在污水中加入表面活性剂。这两种方法对于多孔性的碳纳米物质而言, 对其分散性有很好的效果;
2、如果在污水有机物中的分子越小, 就越容易被碳纳米材料所吸附
就比如三卤甲烷的分子, 最小的CHCL3其被多壁碳纳米管吸附的能力就越高。这就表明了, 有机物污染物中官能团的极性的大小、数目会影响碳纳米材料的吸附。
五、结语
综上所述, 碳纳米材料中的分散性将会直接影响到有机污染物的吸附。因此本文以碳纳米管为例, 更为直观的对其吸附力所存在的影响和因素进行了简要的了解和分析。
参考文献
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纳米有机肥 篇8
本文对近年来纳米HAP与有机物复合的研究进展进行综述。根据有机物的来源,将有机物掺杂主要分为两类:与人工合成有机物复合及与天然有机物复合。
1 与人工合成有机物的复合
人工合成的有机物具有良好的力学性能,通过将人工合成的有机物与HAP复合,可以明显提高HAP的力学强度和韧性。目前与HAP掺杂的人工有机物主要包括聚乳酸(PLA)、聚乙烯(PE)、聚己丙脂(PCL)、聚酰胺PA等。
1.1 与PLA的复合
强小虎等[2]采用共混复合工艺制备不同质量分数的纳米HAP/PLA复合材料,研究表明,复合材料的弯曲强度和弯曲模量随着纳米HAP含量的增加而增大。HAP颗粒的为15%时,弯曲强度最大,为153.6MPa;降解12周后,复合材料的弯曲强度仍有123.7MPa。弯曲模量为5.7GPa的复合材料,降解12周后复合材料弯曲模量为5.3GPa。剪切强度随着纳米HAP含量的增大呈下降趋势。在降解性能上随着降解时间的延长,复合材料的降解速率变化不大。
黄福龙等[3]用开环聚合合成了PDLLA,液相-沉淀法合成了磷灰石(HA)超微粉。然后采用液相吸附法制备了HA/PDLLA复合材料。研究表明,HA/PDLLA复合材料较单纯PDLLA材料的降解速度减慢,机械强度升高。体内实验表明,HA颗粒从材料表面脱落后,成纤维细胞向组织内长入,并伴有少量新生骨痂的形成,显示复合材料具有良好的降解性能,一定的成骨性和骨连接性。24周时,HA/PDLLA材料被组织分隔包裹,新生骨组织长入材料,骨愈合情况良好。
Lin等[4]将PLA和HAP进行混合制成PLA和羟基磷灰石的复合物。研究发现,不同含量的HAP对于复合材料的机械强度和细胞增殖有明显的作用。该研究有助于对起始的阶段细胞增殖的快速研究和确定特定医疗应用材料的最佳PLA含量规律。
1.2 与PA的复合
程琳等[5]以NaCl为致孔剂,采用粒子沥滤-相转移法制备了纳米HAP/PA6(n-HA/PA6)多孔支架材料。结果表明,用该方法制备的多孔支架孔径分布在50～300μm,孔隙率约为77%,孔与孔之间的贯通性良好。制备的支架中PA6的晶胞体积较制备前有所增大,同时其结晶度也有增加。NaCl粒子的存在促进了PA6聚合物晶体的生长。在制备成支架后,n-HA/PA6复合材料中PA6仍为混晶型高聚物,其晶型部分发生了转变,由制备前α晶型占多数变成了γ晶型占多数。支架的制备过程使PA6更易结晶,但结晶总速率在制备前后均没有太大改变。
Wang等[6]通过热致相分离技术合成纳米HAP和PA的复合支架。研究表明,复合支架具有好的生物相容性。体外实验表明,对间充质干细胞没有副作用。将含有间充质干细胞的复合支架和纯的复合支架植入兔子的下颚部进行检验,表明复合支架具有很好的相容性并在主骨上有大量新生骨生成。在植入的起始阶段,含有间充质干细胞的复合支架显著提高了新骨的形成速率。从长期看,纯的复合支架较含有充质干细胞的复合支架具有更好的生物相容性和骨诱导性。
Wei等[7]通过共溶解共沉淀方法在常压下进行水处理制备了针状纳米级HAP和PA的复合支架。该复合支架中的纳米晶体直径在10～20nm,长度在70～90nm之间。该复合支架具有良好的生物相容性、高的纳米羟基磷灰石含量和高的生物活性。纳米HAP和PLA之间建立了强的分子相互作用和化学键连接,这种支架具有接近人体骨的机械强度。通过注射气泡的方法制备了多孔支架,表明不仅存在大孔隙,同时大孔隙的侧面有小孔空隙,孔隙率大概是80%,平均大孔隙的尺寸在300μm,因此该复合支架可以作为组织工程和骨移植或骨替代材料。
1.3 与PE的复合
罗庆平等[8]采用磷酸单酯偶联剂对HA进行表面改性处理,通过熔融共混复合等工艺制备了改性HA/高密度聚乙烯(HDPE)复合人工骨材料。研究表明,所制备的改性HA/HDPE复合材料比未改性HA/HDPE具有更好的流变性能和机械力学性能,组成均一、具有良好的热稳定性,通过控制复合材料中改性HA及HDPE配比,可制备出机械力学性能优良的复合人工骨材料。
张斌[9]等通过自制模具获得HAP/超高分子量聚乙烯复合功能材料,在此基础上通过层叠法获得5层HAP含量不同的对称分布的功能材料。研究表明,随着HAP含量的增加,复合材料的拉伸强度和抗弯强度均下降,而弹性模量随体积比增加而增加。超高分子量聚乙烯通过其超常分子链获得网络结构,起着骨架作用,而HAP被包裹在超长细链形成的层层网状结构之中,HAP和超高分子量聚乙烯之间只是机械混合在一起。5层复合材料的层与层之间的界面清晰但紧密连接在一起,而HAP含量在界面并没有形成梯度变化。
1.4 与PCL的混合
徐艺展[10]选用可降解的PCL为基底,纳米HAP为增强相,采用熔融共混法制备HA/PCL生物复合材料。实验表明,HA/PCL复合材料M-HP3在SBF中浸渍14d后,在其表面上覆盖一层弱结晶的碳磷灰石(CHA)层,说明得到的HA/PCL复合材料具有良好的生物活性。
Koh[11]等通过快速直接沉淀法制备了PCL和HAP复合支架。这种方法制备的支架直径在330μm左右。同时HAP能够很好的分散在PCL基体中。通过在60℃热处理3h,这种纤维之间的连接力能够得到进一步提高。这种支架在应力作用下具有较强的线弹性,而不会出现断裂。
2 与天然有机物的复合
天然有机物具有良好的生物相容性,生物降解性和力学性能。通过与HAP相结合能够明显改善HAP的力学强度。目前与HAP掺杂的天然有机物主要有:胶原(COL)、壳聚糖(CS)、人骨形成蛋白、明胶等。
2.1 与COL的复合
曾毅[12]用酸碱中和法制备了纳米HAP。采用原位复合法制备得到致密多孔的纳米HAP/胶原复合膜材料,并通过改变胶原量和pH值探索了最佳的合成工艺。结果表明,这种复合生物膜三维结构完好,孔径在15～40μm之间,胶原上均匀附着的纳米HAP颗粒尺寸接近天然骨。
Degirmenbasi等[13]为了研究骨修复和骨重建的材料,首先合成尺寸在10～50nm的HAP,然后通过原位合成的方法将聚乙烯醇加入到HAP中制备二者的复合物。这种复合物具有相对较高的弹性,尤其在低温处时更加明显。将胶原加入到这种复合材料中为这种材料产生了大量的孔洞,孔洞的直径在50～500nm。
Monkawa等[14]采用反湿润方法在烧结的HAP的光滑表面涂上一层纳米结构的胶原。HAP的表面可湿润性、表面能和张力对形成一层纳米结构的胶原非常关键。通过吸附等温曲线的分析方法分析了形成纳米尺寸胶原层的机理,并确定了HAP的颗粒对胶原的最大吸附量和连接的紧密程度。吸附的胶原层中少量胶原的蒸发能够产生尺寸直径在80～90nm的网状孔,用原子力显微镜观察其边缘厚度大约在2～3nm之间。
Liao等[15]从功能梯度材料受到启发,制作成分和结构梯度材料作引导组织再生隔膜。该材料的一面是多孔的,这样有利于组织细胞再生;在材料的另一面是光滑的,这样抑制细胞再生。设计了三层梯度材料的隔膜,一面是含8%HAP和胶原及聚乳酸羟基乙酸复合隔膜,相反的一面是单一的聚乳酸羟基乙酸隔膜。中间一层是含4%碳HAP和胶原复合的隔膜,采用层层铸造方法将它们结合在一起。这种梯度材料具有良好的韧性和机械强度,很容易加工。具有高生物相容性和骨诱导性。通过这种梯度材料在造骨细胞MC3T3-E1中的培养表明,与单纯的聚乳酸羟基乙酸隔膜相比,具有一定的促进作用。
2.2 与CS的复合
孙凯莹等[16]用溶胶-凝胶法制得的纳米HAP充分混合于2%CS乙酸溶液中,冷冻干燥制备纳米HAP/CS复合材料,结果表明,溶胶-凝胶法制备的HA和nHA的晶体结构符合标准HAP的空间六方晶体结构。nHA/CS材料中HAP为纳米级粉体。接种试验表明,材料表面的细胞粘附数量高于HA组,差异有显著性(P<0.05)。扫描电镜下,细胞以多个突起粘附于复合材料表面,并具有良好的伸展状态。
Jin等[17]通过原位共沉淀法合成多孔HAP/壳聚糖海藻酸盐复合支架。研究表明,这种复合支架的孔结构与壳聚糖海藻酸盐支架的孔结构相似,微观形貌没有因为HAP的加入而发生改变。但随着HAP的含量加到30%之后,孔的直径降低,最后孔的结构发生坍塌,甚至消失。但强度随着HAP的含量增加而变大。
Kong等[18]为了提高CS的生物活性和生物相容性,将HAP通过原位合成方法加入到CS支架中。研究表明,放在模拟体液中之后,两个生物支架都有碳HAP形成。但复合的生物支架上的HAP和纳米级HAP数量都比纯CS支架的多。与纯的CS支架相比,含有纳米HAP的复合支架在生物模拟过程中更容易形成磷灰石,这表明复合的生物支架具有更好的矿化活性。另一方面,复合支架的表面层影响了磷灰石的形成,预沉积的HAP能够提高磷灰石的附着。这对磷灰石涂覆生物支架的制备具有重要的意义。
2.3 与人骨形成蛋白(BMP)的复合
龙厚清等[19]将3种钙磷陶瓷材料HA、TCP、HA/TCP复合重组人骨形成蛋白-2(rhBMP-2),比较它们在体内异位成骨效果。然后进行动物试验,结果表明,术后2、4周复合植入物ALP活性测定从高到低依次为HA、HA/TCP、TCP。8周时新骨形成以双相陶瓷HA/TCP最佳。
韩亚萍等[20]BMP与HA按1∶20加以复合。加入8%甲硝唑,消毒后4℃冷藏备用,使用时用盐水调和,然后进行动物试验。结果表明,复合骨形成蛋白组对于根尖形成的作用明显优于氢氧化钙组。因此骨形成蛋白与HAP有协同作用,弥补相互间的不足,是一种有骨诱导作用而优于其他根充剂的新型材料。
2.4 与明胶的复合
刘文斌[21]在湿法合成HAP的基础上加入明胶,解决两相均匀分布,研究并优化制备了HA/明胶复合材料。实验表明,反应过程中pH应控制在明胶的等电点之间,所制备的复合材料既利于HA的生成,又有利于明胶在反应过程中的沉积;利用戊二醛G(A)对复合材料浆料明胶进行交联。当明胶和AG的最低浓度为5%(质量分数),AG与复合材料浆料间的体积比为15∶100,交联效果最佳。
孙恩杰等[22]采用均相沉淀法制备HAP-明胶粉体并对溶胶进行了研究。结果表明,采用均相沉淀法可以制得小尺寸且分布均匀的颗粒;HAP-明胶溶胶可以稳定3个月以上;在HAP-明胶结构中,HAP微晶和明胶高分子产生了键连作用,且HAP沿着明胶纤维上呈现自组装结构。
3 结 语