颗粒百科
  • 铀元素

    铀是一种带有银白色光泽的金属,比铜稍软,具有很好的延展性,很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。让我们一起来...快速预览

    铀元素铀矿

    浏览量 8 颗粒在线 | 7天前

    铀元素

    铀元素铀矿

    颗粒在线 | 7天前

    一起来认识铀元素


    我们知道,铀是一种带有银白色光泽的金属,比铜稍软,具有很好的延展性,很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。


    铀的比重很大,与黄金差不多,每立方厘米约重19克,象接力棒那样的一根铀棒,竟有十来公斤重。



    铀棒


    铀的化学性质很活泼,易与大多数非金属元素发生反应。块状的金属铀暴露在空气中时,表面被氧化层覆盖而失去光泽。


    粉末状铀于室温下,在空气中,甚至在水中就会自燃。


    美国用贫化铀制造的一种高效的燃烧穿甲弹—“贫铀弹”,能烧穿30厘米厚的装甲锕板,“贫铀弹”利用的就是铀极重而又易燃这两种性质。


    铀元素在自然界的分布相当广泛,地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5,即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀,这比钨 、汞 、金 、银 等元素的含量还高。



    水硅钙铀矿


    铀在各种岩石中的含量很不均匀。


    例如在花岗岩中的含量就要高些,平均每吨含3.5克铀。依此推算,一立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。



    绿铀矿


    海水中铀的浓度相当低,每吨海水平均只含3.3毫克铀,但由于海水总量极大,且从水中提取有其方便之处,所以目前不少国家,特别是那些缺少铀矿资源的国家,正在探索海水提铀的方法。


    由于铀的化学性质很活泼,所以自然界不存在游离的金属铀,它总是以化合状态存在着。


    已知的铀矿物有一百七十多种,但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种,其中最重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、(二氧化铀)、铀石和铀黑等。



    硅钾铀矿


    据历史记载,当年克拉普罗德发现的铀实际上是二氧化铀,法国化学家佩利戈特在1841年证实了这一点,并用钾还原四氯化铀,成功地获得了金属铀。


    世界铀资源量超过1500万吨。


    据WISE资料,截止2003年1月1日,世界已知常规铀可靠资源回收成本小于130美元/kg铀的资源量为316.92万吨。


    其中回收成本小于40美元/kg铀资源量约173.05万吨;回收成本小于80美元/kg铀资源量约245.82万吨。


    世界铀资源量较多的国家有澳大利亚、哈萨克斯坦、美国、加拿大、南非、纳米比亚、俄罗斯、和尼日尔,铀资源量均在10万吨以上。



    硅镁铀矿


    我国铀矿资源也十分丰富。


    铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。


    人的肉眼虽然看不见放射性,但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。


    因此,铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点:若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强,就说明那个地区可能有铀矿存在。


    通常来说,铀主要含三种同位素 ,即铀238、铀235和铀234,其中只有铀235是可裂变核元素,在中子轰击下可发生,可用作原子弹的核装料和核电站反应堆的燃料。


    铀属高毒性元素,进入人体的铀颇难以体内排出,由它发射的阿尔法射线所引起的体内辐照损伤是高度累积性的,易蓄积在肝肾部位。



    钒铀钡铅矿


    其显示的化学毒性与汞相似,会引起肾脏病变、肝炎及神经系统病变。


    但除非是战事或突发性职业事故,日常生活中经人体摄入多量铀的事故是极为罕见的。

    浏览量 8 收起
  • 硅酸盐矿物——埃洛石

    埃洛石是一种硅酸盐矿物,它有点像高岭石。有两种形式,一种类似高岭土,一种是水合物。说它是水合物是因为在它的晶体里面含有水,因此也被人称...快速预览

    埃洛石硅酸盐矿物

    浏览量 37 中国粉体网 | 18天前

    硅酸盐矿物——埃洛石

    埃洛石硅酸盐矿物

    中国粉体网 | 18天前

    埃洛石是一种典型的高岭石族矿物。埃洛石是地球上唯一存在的天然高岭石水合物,按水合程度的不同可分为10埃-埃洛石、7埃-埃洛石和层间距处于它们之间的x埃-埃洛石(x表示(001)底面间距)。埃洛石的用途与高岭石相似,也是优质陶瓷的原料,在化学工业上可以合成分子筛和作催化剂的载体,在塑料、橡胶和油漆工业中用作填料等。近年来已被广泛用作缓释容器、催化剂载体、有机聚合物填充材料、储氢材料和纳米材料模板等,具有重要的应用价值。

     

    埃洛石的命名


    埃洛石(halloysite)最早由Berthier于1826年命名,是为了纪念比利时科学家Omaliusd’Halloy发现了一种存在于石炭纪石灰石中的矿物材料。在之后相当长一段时间里,很多材料被描述为”halloysite”,Dana曾经列出了16种具有“halloysite”命名的矿物。到二十世纪初,随着X射线衍射仪(X-RayDiffraction,XRD)的诞生,人们才开始了对埃洛石真正意义上的研究。


    长期以来,不同研究者对埃洛石进行不同的实验,所以埃洛石也经历了不同的命名阶段。


    埃洛石的命名历史

     


    埃-埃洛石结构


    10埃-埃洛石


    10埃-埃洛石的化学式为Al2O3•2SiO2•4H2O或Al2Si2O5(OH)4•2H2O,可由脱水后产物的XRD衍射结果,以及脱水过程中失重曲线等和高岭石对比得到;其基本结构为高岭石片层夹着一层水分子。在关于10埃-埃洛石的结构细节中,最被广泛接受的是Hendricks和Jeffersons提出的模型(如下图所示):高岭石片层间的水分子连接成六边形网状结构,其氧原子位于同一平面上。由于结构稳定性需要和水分子几何外形的影响,四分之一的氢原子没有和其它水分子作用,而是和相邻的层间四面体氧形成氢键;在另一侧,层间羟基氢中有三分之一和水分子氧形成氢键,其余的羟基氢和周围的层间羟基氧形成与三水铝石结构类似的氢键。他们认为高岭石片层离子性更强,因而层间结合力要比其和水分子间的要大,所以埃洛石一旦脱水便不可恢复。


    10埃-埃洛石以及层间水分子的结构示意图


    7埃-埃洛石


    7埃-埃洛石是10埃-埃洛石脱水后的产物,结构类似于高岭石,但由于保留了10埃-埃洛石层间堆垛的紊乱,有序度甚至低于b轴无序高岭石,但有少量较为规则的晶粒表现出双层三斜或单斜的晶胞特性。


    其它底面间距埃洛石


    10埃-埃洛石在脱水时,根据脱水条件的不同(湿度、温度、压强、时间等),会产生出不同的衍射底面间距,如1.0nm(0.99nm),0.95nm,0.86nm,0.79nm,0.75nm(0.74nm)和0.73nm(0.72nm)等。除1.0nm和0.72nm外,其它底面间距的埃洛石是单相还是混层或者是混合物,是人们关注的重点。目前最普遍的观点是这些中间产物为10埃-埃洛石和7埃-埃洛石的区域混层产物。


    埃洛石形貌


    据文献中报道,埃洛石有管状、棒状、纤维状、球状或假球状、片状、板状、羽毛状、薄的圆柱状或盘状、网箱状织物或螺旋状、颗粒状,带卷曲边缘的不规则羽毛状、菌褶状等。


    埃洛石在外观上呈各种颜色,主要为白色,其次为浅蓝色、黄白色、黄棕色及杂色。拥有蜡状或油脂光泽。贝壳状断口。比重为2:1,失水后可增高到2.6左右。空间分布上,黄棕色矿石主要分布在矿体上部,白色或浅蓝色在下部,常呈似层状,矿体底部常为黑色或黑白相间。

     

    a-管状;b-球状;c-盘状;d-菌褶状;e-网箱状;f-片状


    矿物分布


    埃洛石是一种主要的粘土矿物,是典型的风化作用的产物,在风化壳中常与高岭石、三水铝石和水铝英石等共生。中国四川叙永、贵州习水一带和山西阳泉等地风化壳中均有产出,并因产地而又得名为叙永石。它也产于金属硫化物矿床的氧化带中,有时也少量产于现代沉积物中,与大量高岭石共生。


    参考文献:

    百度百科

    牛继南等.埃洛石的命名结构、形貌和卷曲机制

    浏览量 37 收起
  • 磷酸锰锂正极材料

    磷酸锰锂正极材料具有能量密度高、成本低、安全性高和热稳定性好等优点,目前已成为锂电产业界研究的热点,有望成为继磷酸铁锂之后的新一代...快速预览

    磷酸锰锂正极材料锂电池

    浏览量 36 中国粉体网 | 20天前

    磷酸锰锂正极材料

    磷酸锰锂正极材料锂电池

    中国粉体网 | 20天前

    磷酸锰锂正极材料具有能量密度高、成本低、安全性高和热稳定性好等优点,目前已成为锂电产业界研究的热点,有望成为继磷酸铁锂之后的新一代正极材料。


    磷酸锰锂结构及性能



    LiMnPO4正极材料的晶体结构


    LiMnPO4属于橄榄石型结构,正交晶系,空间群为Pnma。其晶胞参数为a=1.04448nm,b=0.61018nm,c=0.47313nm,每个晶胞中有4个LiMnPO4单元。晶体骨架由MnO6八面体及PO4四面体组成。


    锂离子电池正极材料的主要性能参数


    磷酸锰锂的优点


    在目前所报道的一系列正极材料中,LiMnPO4正极材料具有4.1V的高电位,比LiFePO4提高0.7V,且处于现有电解液的稳定电化学窗口。据相似的放电比容量和压实密度测算,LiMnPO4电池的能量密度较LiMnPO4提高约20%,达190Wh·kg-1,且LiMnPO4价格更便宜。与锰酸锂相比,LiMnPO4具有相近的工作电压,但能量密度更高、高温循环寿命更长。与三元材料相比,LiMnPO4具有相似的能量密度,但更安全、价格更低。


    磷酸锰锂的缺点


    橄榄石结构的LiMnPO4存在一些固有缺陷制约着其发展和应用。表现在以下几个方面:

    (1)材料的离子电导率和电子电导率都非常低,导致材料的容量难以发挥;

    (2)LiMnPO4与电解质会发生副反应,生成产物Li4P2O7等,随着材料充放电次数的增加,LiMnPO4会逐渐失去活性;

    (3)脱锂后形成的磷酸锰(MnPO4)会受到Jahn-Teller效应影响,晶体结构从八面体变成立方相,压缩锂脱嵌通道,造成结构上的不可逆变化;

    (4)部分锰离子发生歧化反应溶解在电解液中,导致材料循环性能变差。


    针对以上问题的改善方案:


    (1)纳米化,缩短锂离子的固态扩散路径,增大电极反应面积,从而提高材料的宏观锂离子电导率;

    (2)晶面选控,增大锂离子快速迁移的晶面面积,从而提高材料的微观锂离子电导率;

    (3)体相掺杂,通过掺杂原子的原位取代或形成固溶体来稳定晶体结构,提高离子/电子电导率,从而提高材料的循环和倍率性能;

    (4)表面包覆,通过在材料表面复合导电碳、金属氧化物层等,提高材料的离子/电子电导率,阻止LiMnPO4与电解液直接接触。


    中国新一代磷酸锰锂正极材料产业化技术研发及其高能动力电池应用示范”项目验收


    2017年,中国科学院宁波材料技术与工程研究所承担的中科院科技服务网络计划(STS)“新一代磷酸锰锂正极材料产业化技术研发及其高能动力电池应用示范”项目验收。


    研究团队针对电动汽车发展对先进动力电池的重大需求,开展了磷酸锰锂复合三元材料动力电池新体系及关键材料的系统性研究,突破了高性能磷酸锰锂正极材料规模化制备的关键技术,建成了年产300t磷酸锰锂中试生产线,中试产品得到动力电池企业用户认可;研制出能量密度219Wh/kg的10Ah磷酸锰锂-三元材料复合动力电池,通过GB/T 31485—2015单体蓄电池安全性试验,同时为吉利汽车研发出能量密度185Wh/kg的43Ah磷酸锰锂-三元材料复合动力电池,并进行了车载实验。该项目的实施,为后续解决年产千吨级生产线的工艺技术问题,实现磷酸锰锂大规模生产奠定了基础。


    参考来源:

    秦来芬.新一代动力锂离子电池磷酸锰锂正极材料的研究现状与展望

    李俊豪.高性能磷酸锰锂正极材料的研究进展

    浏览量 36 收起
  • 氧化石墨烯

    氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物,其颜色为棕黄色,市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化...快速预览

    氧化石墨烯生产工艺应用实例

    浏览量 125 颗粒在线 | 24天前

    氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物,其颜色为棕黄色,市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后,其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼,可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。


    氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物,氧化石墨烯是单一的原子层,可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此,其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。


    氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料,具有聚合物、胶体、薄膜,以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质,因为其在水中具有优越的分散性,但是,相关实验结果显示,氧化石墨烯实际上具有两亲性,从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此,氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面,并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。


    经过氧化处理后,氧化石墨仍保持石墨的层状结构,但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。鉴于氧化石墨烯在石墨烯材料领域中的地位,许多科学家试图对氧化石墨烯的结构进行详细和准确的描述,以便有利于石墨烯材料的进一步研究,虽然已经利用了计算机模拟、拉曼光谱,核磁共振等手段对其结构进行分析,但由于种种原因(不同的制备方法,实验条件的差异以及不同的石墨来源对氧化石墨烯的结构都有一定的影响),氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。


    大家普遍接受的结构模型是在氧化石墨烯单片上随机分布着羟基和环氧基,而在单片的边缘则引入了羧基和羰基。最近的理论分析表明氧化石墨烯的表面官能团并不是随机分布,而是具有高度的相关性。


    生产工艺


    氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法:Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法。


    其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全,是目前最常用的一种。它采用浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应之后,得到棕色的在边缘有衍生羧酸基及在平面上主要为酚羟基和环氧基团的石墨薄片,此石墨薄片层可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯,并在水中形成稳定、浅棕黄色的单层氧化石墨烯悬浮液。由于共轭网络受到严重的官能化,氧化石墨烯薄片具有绝缘的特质。经还原处理可进行部分还原,得到化学修饰的石墨烯薄片。虽然最后得到的石墨烯产物或还原氧化石墨烯都具有较多的缺陷,导致其导电性不如原始的石墨烯,不过这个氧化−剥离−还原的制程可有效地让不可溶的石墨粉末在水中变得可加工,提供制作还原氧化石墨烯的途径。而且其简易的制程及其溶液可加工性,考虑量产的工业制程中,上述工艺已成为制造石墨烯相关材料及组件的极具吸引力的工艺过程。


    时至今日,制备氧化石墨烯新方法已经层出不穷了,大体上分为自顶向下方法和自底向上方法两大类。前者的思路是拆分鳞片石墨等制备氧化石墨烯,以传统三方法的改进方法为代表,还包括拆分(破开)碳纳米管的方法等等。后者是用各种碳源合成的方法,具体方法五花八门,种类繁多。 


    应用实例


    材料应用范围很广。


    氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料,具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用领域,因此氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点。


    中国科学院上海应用物理研究所发现将氧化石墨烯应用于PCR技术中,可显著提高PCR的特异性、灵敏度和扩增产量,并可消除扩增中形成的引物二聚体,且优化区间广,可广泛适用于各种浓度和复杂程度的DNA模板。与其他已应用于PCR技术中的碳纳米材料相比,氧化石墨烯对PCR的优化具有更加优异的综合效果。

    浏览量 125 收起
  • 矿物如何分类?

     矿物学文献中有许多矿物分类方案,其中最常用的有两个方案——达纳(Dana)矿物分类方案和斯特伦茨(Strunz)矿物分类方案。快速预览

     矿物学文献中有许多矿物分类方案,其中最常用的有两个方案——达纳(Dana)矿物分类方案和斯特伦茨(Strunz)矿物分类方案。


     以达纳矿物分类方案为例,根据主要阴离子、阴离子团或缺失阴离子,将矿物分为九个矿物类(Mineral class):


    (1)自然元素

    (2)硫化物和硫盐

    (3)氧化物和氢氧化物

    (4)卤化物

    (5)碳酸盐、硝酸盐和硼酸盐

    (6)硫酸盐、铬酸盐和硒酸盐

    (7)磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐

    (8)硅酸盐

    (9)有机化合物


     其中,硅酸盐类根据其阴离子团特征,可分为孤岛状、双岛状、环状、链状(单链和双链)、层状和架状六个亚类。硅氧四面体是硅酸盐晶体结构中的基本构造单元,它由位于中心的一个硅原子与围绕它的四个氧原子构成。在晶体结构中,各个硅氧四面体可以各自孤立存在,也可以通过共用四面体角顶上的一个、两个、三个乃至全部四个氧原子,相互连接而形成多种不同形式的阴离子团,从而形成不同结构类型的硅酸盐晶体。


     矿物类和亚类中,有的可细分为

     矿物家族(Mineral family)

     矿物超族(Mineral supergroup)

     矿物族(Mineral group)

     矿物亚族(Mineral subgroup)

     矿物系列(Mineral series)


     其中矿物族是最常见的类别。矿物族是由两个或两个以上的矿物种组成,具有相同或基本相同的结构,并由相似的化学元素构成。


     矿物种是矿物分类中的最小单元。矿物种的确定主要依据其晶体结构和化学成分。新矿物种的确定和命名必须向国际矿物学协会新矿物、矿物命名与分类委员会提出申请,获得批准,才能生效。


     矿物的成分变种是指晶体结构相同、但化学成分有较小变化的矿物。

    浏览量 43 收起
  • 纳米纤维素

    纳米纤维素是通过化学、物理、生物或者几者相结合的手段处理纤维得到的直径<100nm,长度可到微米的纤维聚集体。它们具有优异的机械性能、...快速预览

    1 纳米纤维素简介


    纳米纤维素是通过化学、物理、生物或者几者相结合的手段处理纤维得到的直径<100nm,长度可到微米的纤维聚集体。它们具有优异的机械性能、巨大的比表面积、高结晶度、良好的亲水性、高透明度、低密度、良好的生物可降解性与生物相容性以及稳定的化学性质,纤维素表面裸露出大量羟基,使纳米纤维素具有巨大的化学改性潜力。因此,纳米纤维素在生物制药、食品加工、造纸、能源材料、功能材料等领域的应用研究日益受到人们的重视。


    自然界中几种纤维素来源


    纳米纤维素通常还被称为纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals,CNCs;canocrystalline cellulose,NCC)、纳米纤丝纤维素(nanofibrillated cellulose,NFC)、纤维素纳米晶须(cellulose nanowhisker,CNW)、纤维素纳米颗粒(cellulose nanoparticle,CNP)等。


    纤维素化学结构式


    按照纳米纤维素的形貌、粒径大小及原料来源的不同,纳米纤维素主要分为3种类别,如表1所示。如果在分子水平上对纤维素纳米结构进行设计与剪裁,调控纤维素纳米结构的形成,选择性构筑并组装出纳米结构的纤维素功能材料,发展可控制造纤维素材料纳米结构的定向设计与构筑的理论和方法,在此基础上研发出绿色、高效制备纤维素高值化材料的方法具有重要的研究意义。



    2 纳米纤维素的制备


    目前纳米纤维素的制备主要分为机械法、化学法及生物法。


    纳米纤维素制备的两种主要方法


    2.1 机械法


    机械法制备纳米纤维素是采用高压均质或机械球磨处理纤维原料,获得纳米尺寸的纤维素晶体。机械法制备的NCC的粒径分布较宽。同时,机械法制备所需的设备较特殊,能量消耗高。鉴于纳米纤维素在食品、药物制剂、包装材料、吸附以及纳米复合材料的广泛应用,近些年,一些研究者采取多种机械处理方法制备纳米纤维素,并采取了多种方法以降低能耗。


    例如采用物理、化学或者酶处理的方法对纤维原料进行预处理,或是将用于制备纳米纤维素的纤维原料进行羧甲基化预处理,在纤维表面引入电荷,然后再进行高压均质处理获得纳米纤维素,以降低能耗。随着纤维原料表面电荷密度的增加,电荷相互之间的排斥作用增强,使得纤维与纤维之间的摩擦力减小,因此纤维不易产生絮凝,降低了高压均质处理过程的能耗,而且可以减少对均质机的堵塞。


    制备纳米纤维素的机械处理方法


    2.2 化学法


    纤维原料来源不同,得到的纳米纤维素尺寸分布也不同:以棉花、木材、微晶纤维素为原料制备的纳米纤维素粒径分布较窄,宽度5~10 nm,长度100~300 nm,结晶度较高;以细菌、被囊类动物纤维为原料制备的纳米纤维素粒径分布较宽,宽度5~60 nm,长度几微米。


    不同原料制备的NCC:a生物被囊,b细菌纤维素,c苎麻


    酸水解过程中,无机酸的种类不同,制备的纳米纤维素的表面性能也有差异。盐酸水解制备的纳米纤维素表面含有少量的负电荷,纳米纤维素颗粒之间容易发生团聚现象;硫酸水解制备的纳米纤维素表面带有大量负电荷,大约1/10的葡萄糖单元被硫酸酯化带有硫酸酯基团,由于电荷间较强的相互排斥作用,纳米纤维素悬浮液具有较强的胶体稳定性。


    纳米纤维素的原子力显微镜图谱


    酸水解法制备NCC会产生大量的废酸和杂质,对反应设备要求高,且反应后残留物较难回收,但制备工艺比较成熟,已实现工业化生产。


    酶解法制备工艺条件温和,专一性强,且所用的试剂酶与纤维素酶均为可再生资源,因此其对社会可持续发展具有重要意义,预测酶解法将成为未来研究的热点。酶解即利用纤维素酶选择性酶解无定型纤维素,剩余部分即为纤维素晶体。在这一过程中,可能会发生表面腐蚀、剥皮以及细纤维化和切断作用,从而使纤维素分子聚合度下降。


    2.3 生物法


    通过微生物合成的方法制备的纤维素通常被称为细菌纤维素。细菌纤维素弹性模量大、机械稳定性好、平均分子量较大、比表面积大,且具有良好的生物相容性和可降解性,在食品、医用包装材料、精细化工领域具有潜在的应用价值。


    以生物法制备的纳米纤维素的晶体类型、晶体结构、粒径尺寸等性质容易调控,而且不污染环境,但是反应周期较长,反应条件苛刻,纳米纤维素得率低,制备成本高。


    2.4其它方法

    • 静电纺丝法

    • 离子液体溶解法

    • 溶剂法


    3 纳米纤维素的改性


    纳米纤维素表面的羟基具有很强的极性,其与非极性介质的界面相容性很弱,在非极性基质中的分散性较差,限制了其应用范围。基于羟基的性质,对纳米纤维素进行多种化学修饰,引入各种功能基团,可提高其与非极性基质界面之间的相容性,创制出纳米纤维素功能材料。纳米纤维素的功能化改性主要有酯化、烷基化、酰胺化、非共价键改性、聚合物接枝等。


    3.1 磺化


    用适度的硫酸处理纤维,是制备微晶纤维素常用的方法,典型的结果是纤维表面发生了部分磺化。纤维由于硫酸处理后在其表面形成双层排斥力的作用使得制备的微晶纤维素悬浮液形成一种稳定的胶体态物质。


    3.2 羧基化


    纤维表面引入羧基可使其变得更加亲水,同时经过处理后的纤维表面带有更多的负电荷,能够形成稳定的水悬浮液。羧甲基化作用被很早地引用作为一种促进纳米纤维材料分散的方法。研究者发现,纳米纤维胶体悬浮液的稳定性对pH值和盐浓度非常敏感。高负电荷的纳米纤维与相反电荷的聚电解质发生强烈的反应,并在纳米纤维上形成聚电解质多分子层。


    3.3 接枝


    接枝反应也经常用于纤维的表面修饰,利用纤维素的羟基作为接枝点,将聚合物连接到纤维素骨架上,称为纤维素的接枝反应。依据接枝聚合物的结构、性质、相对分子质量的不同,可赋予纤维素多种性能和用途。


    3.4 乙酰化


    乙酰化反应是将乙酰基引入到有机化合物的反应。常见的方法就是纤维素酯化反应的增塑作用。酯化反应赋予了纤维表面疏水的性质。


    3.5 硅烷化处理


    硅烷是一种分子式为SiH 4的化合物,硅烷偶联剂能够取代纤维素基质表面的羟基。在水分存在的条件下,水解烷氧基形成硅醇,硅醇与纤维表面的羟基反应,在细胞壁上形成稳定的共价键并吸附于纤维表面。因此,由硅烷提供的烃链抑制了纤维的润胀,由于基质和纤维间共价键的存在形成了一种交联网络。


    3.6 表面活性剂处理


    表面活性剂的改性一般不是永久的改性,大多数的活性剂可以通过一种可逆的方式从显微表面除去。研究认为表面活性剂对纤维和复合材料基质的相容性改善作用。表面活性剂亲水端吸附于纤维的表面,它的疏水端在基质中找到合适的溶解条件,因此通过空间稳定作用阻止了纤维的团聚。在这样情况下,不仅能够在相间更好地改善复合材料的润湿性和黏附性,而且促使纳米纤维素在基质中更好地均匀分布。


    3.7 聚电解质处理


    将阳离子的聚电解质吸附于纤维素表面能够形成一种不可逆的吸附层。带电的高分子聚电解质通过电荷反应排列在纤维层上。这种聚电解质的改性方法被用于造纸过程提高纸张干强度的应用中,也可以用于制备纤维素纳米复合材料中。


    4 纳米纤维素的应用


    4.1 对生物矿化的调控作用


    纳米纤维素作为一种天然的生物多糖,可以用于调控无机纳米粒子的制备过程,在此过程中纳米纤维素通常作为还原剂、结构导向剂和稳定剂。


    4.2 在凝胶材料中的应用


    将纳米纤维素用于聚合物基质中制备凝胶纳米复合材料,可以提高复合凝胶的结构稳定性,增强其弹性模量,目前纳米纤维素已应用于聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚羟乙基丙烯酸甲酯中以制备复合凝胶材料。


    4.3 在医学材料中的应用


    由于NCC良好的生物相容性以及其独特的纳米结构及性质,一些研究者试图将其应用在生物组织或功能支架材料、药物载体以及纳米荧光指示剂医药领域。


    纳米纤维素晶体能牢固地吸附药物及其他配料,所形成片剂不易吸湿,但可迅速崩解,因而被广泛用作赋形剂和崩解剂,制造嘴嚼药片、糖衣片和膜衣片等。


    4.4 在制浆造纸中的应用


    由于纳米纤维素具有极大的比表面积和丰富的表面羟基,若将其加入到纸浆中,其与纸浆纤维能够紧密结合,从而提高纸浆纤维之间的结合力,因此纳米纤维素可作为制浆造纸过程中的增强剂、助留剂和助滤剂,具有很好的发展前景。


    4.5 高性能增强复合材料


    NCC作为增强填料已被用于包括聚乙烯、聚己内酯、甘油塑化淀粉、苯乙烯、乙酰丁酸纤维素和环氧树脂等许多聚合物体系中。


    纳米纤维素原本就是生物质的自身组织,对复合材料中天然纤维的亲和力好,可形成“自适应结构”,产生减弱界面局部应力的效果;而且受到应力的影响,纳米纤维素粒子能沿着填充物质表面进行滑移,移动到新位置后,已经被打断的键又重新连结形成新的键,使高聚物基体与填充材料之间仍能保持一定的黏合强度,减缓复合材料的破坏;再者,在纳米尺度范围内,复合材料的断裂强度能够被最大程度的优化,同时对复合材料的缺陷不再那么敏感,这样在一定程度上起到“自然修复”,阻止裂缝和破坏扩大的作用,因此纳米纤维素可作为增强相应用于复合材料。目前,将纳米纤维素作为分散相来增强天然或合成聚合物是纳米纤维素应用研究方面的重点。


    4.6 其它应用

    • 光学材料

    • 模板剂材料

    • 智能材料

    • 传感器

    • 化妆品

    • 食品添加剂


    参考资料:

    李媛媛.纳米纤维素及其功能材料的制备与应用

    黄彪等.纳米纤维素的制备及应用研究进展

    李伟等.纳米纤维素的制备

    董凤霞等.纳米纤维素的制备及应用


    浏览量 39 收起
  • 微纳米气泡的特性及应用

    液体及固液接触面之间普遍存在大小不同的气泡,其在生产实际应用中具有重要的作用。按照气泡直径不同可分为大气泡、微米气泡、微纳米气泡、...快速预览

    气泡微纳米气泡

    浏览量 74 中国粉体网 | 1月前

    微纳米气泡的特性及应用

    气泡微纳米气泡

    中国粉体网 | 1月前

    液体及固液接触面之间普遍存在大小不同的气泡,其在生产实际应用中具有重要的作用。按照气泡直径不同可分为大气泡、微米气泡、微纳米气泡、纳米气泡,其中直径在0.1~50μm的微小气泡称为微纳米气泡。微纳米气泡的相关研究已经成为近些年研究的热点。


    1.微纳米气泡的特性


    存在时间长


    微纳米气泡由于自身体积很小,在水中所受浮力相应也很小,从而表现出上升缓慢的特性。此外,水分子一直处于流动状态,微纳米气泡在水中上升的同时,还受到水分子运动的影响而左右运动,呈现曲线上升状态。


     

    微纳米气泡与普通气泡在水中上升状态


    气液传质率高


    液体中气体的体积和直径共同决定了气液的比表面积,气液的比表面积又决定了气体的传质效率。通过气液界面的表面张力理论能够发现,当气泡的直径变小时,其表面张力对其的影响将会变得越明显。微纳米气泡相对于普通气泡拥有更小的直径,因此它受到其表面张力的影响更大并且在促使其收缩,同时逐渐增大气泡的内部压力。当微纳米气泡的收缩达到某一极限值时,气泡内部的气压将会趋于无限大,这种自增压效应会使微纳米气泡溶于水或者在水面处破裂消失。通过上述过程,可以使得水中的气体溶解率达到一种过饱和的状态,实现了气液传质,同时产生较好的传质效率。


    界面电位高


    微纳米气泡的界面ζ电位表示由于气泡表面吸附有电荷离子的双电层而形成的电势差,它是影响气泡表面吸附性能的重要因素。当微纳米气泡在水中发生收缩时,存在于气泡表面上的电荷离子,浓度将会迅速富集,使得微纳米气泡的界面电位迅速升高;微纳米气泡破裂之前,在其界面位置会产生很高的界面电位。


     

    微纳米气泡界面双电层示意图


    释放自由基


    微气泡破裂瞬间,由于气液界面消失的剧烈变化,界面上集聚的高浓度离子将积蓄的化学能一下子释放出来,此时可激发产生大量的羟基自由基。羟基自由基具有超高的氧化还原电位,其产生的超强氧化作用可降解水中正常条件下难以氧化分解的污染物如苯酚等,实现对水质的净化作用。


    气浮效果好


    气体的气浮功能是指将气泡通入混有其他相的液体中,利用气泡具有的吸附性使其吸附在其他相表面,从而增大其他相在液体中的浮力,使其浮在液体表面,实现与液体分离的目的。因此气泡的吸附性能越好,则气浮效果越好,而气泡的吸附性能取决于其直径的大小。气泡的直径越小则其表面的电位越高,因此更容易吸附于液体中其他相的表面,使其与液体分离。


    2.微纳米气泡的产生原理


    气液二相流体混合/剪断方式


    该方式通过水泵将气体(大气泡)卷入涡流水流,然后使涡流崩溃来压碎气泡,再通过出口喷嘴以微米气泡形式放出。


     

    气液二相流体混合/剪断方式


    加压减压方式


    加压减压方式是指通过加压的方式在水体中形成过饱和状态。之后通过减压的方式释放溶解的气体,形成微纳米气泡。


     

    加压减压方式


    射流曝气方式


    该方式主要通过射流曝气器生成微纳米气泡。射流曝气器的喷嘴直径小,水流速度大,水流在进入气室后可形成局部真空。此时,气体可通过吸气管进入气室,与水流混合。通过混合管和扩散管后,在水中形成微纳米气泡。


     

    典型射流曝气器构造


    细孔方式


    该方式是将压缩空气通过微孔板,利用微孔将气体切割成细小气泡。


     

    细孔方式


    超声波方式


    该方式通过超声空化的方式,使得液体由于压力的突然变化而产生气泡的爆发和溃陷,在水体中形成气泡。


     

    超声波方式产生气泡


    加入界面活性剂的旋转切割法


    在水体中添加界面活性剂,使用高速旋转(可达4000rpm)的圆盘在水中旋转,形成微纳米气泡。


     

    旋转切割法


    3.微纳米气泡的应用


    在水处理方面的应用


    微纳米气泡具有优秀的增氧能力、良好的气浮效果和强氧化性,可用于处理水中的有机物、氮磷以及有毒有害物质等,进而有效地改善水体水质。在水体增氧、强化臭氧化、气浮、增强生物活性等方面具有广泛应用。


    在种植业方面的应用


    微纳米气泡技术广泛地应用于养殖、水稻、无土栽培、促进种子发芽及增强水活性等农业领域。


    在医学方面的应用


    在医学方面,利用氧气微纳米气泡可以在给机体供氧的同时将药物直接送达病变部位,从而实现对病变部位直接治疗,减少手术的次数,使机体快速康复。


    在船舶运动减阻中的应用


    通过在船体表面覆盖一层微纳气泡,可以变船体表面与水之间的摩擦为气体与水的摩擦阻,从而减小船舶航行阻力,提高航行速度。


    在精密化学反应中的应用


    微气泡在精密化学反应中主要首先通过微气泡包裹或隔离反应原料,继而通入微管道或微容腔内使被气泡隔离的反应物相接触,在催化剂或超声波作用下发生化学反应。通过控制气泡的大小则能高精度的控制参与反应的原料多少,从而精密的控制化学反应的进程。


    小结


    目前,微纳米气泡已经得到了广泛的关注和研究,溶气析出气泡、引气制造气泡、电解析出气泡,超声波、化学反应、微管道、高温等微纳米气泡发生原理等也得到研究和发展。微纳米气泡凭借其独有的特性在化工、环境和医学、农业等方面具有良好的应用前景。


    参考资料:

    李恒震.微纳米气泡特性及其在地下水修复中的应用

    王永磊等.微纳米气泡发生机理及其应用研究进展

    邓超.微纳米气泡发生装置及其应用的研究进展

    刘玉德等.微纳米气泡的特性及其在果蔬中的应用

    杨丽等.微纳米气泡特性及在环境污染控制中的应用

    浏览量 74 收起
  • 碳纤维表面处理技术

    碳纤维(CF)作为一种低密度、高强度、高模量比的纤维材料,具有良好的耐磨性、耐热性、尺寸稳定性和耐酸碱性,已成为一种极具发展潜力和...快速预览

    碳纤维纤维材料复合材料

    浏览量 42 中国粉体网 | 1月前

    碳纤维表面处理技术

    碳纤维纤维材料复合材料

    中国粉体网 | 1月前

    碳纤维(CF)作为一种低密度、高强度、高模量比的纤维材料,具有良好的耐磨性、耐热性、尺寸稳定性和耐酸碱性,已成为一种极具发展潜力和广阔应用前景的增强材料。


    由于碳纤维表面惰性,复合材料中碳纤维和基体材料间应力载荷无法有效传递,直接影响其性能发挥,限制其规模化应用,所以要对碳纤维进行表面处理。通过表面改性技术来提高碳纤维的表面活性,强化碳纤维与基体材料之间的界面性能,改善了其与基体的粘结效果,从而提高纤维材料在工业应用中的价值。


    涂层法


    涂层法,是指在碳纤维表面涂覆一层聚合物、金属粒子或无机非金属及其复合物,目的是改变碳纤维的表面润湿性,增加聚合物基体和碳纤维的相容性。表面涂层处理不仅参与形成纤维/基体间的界面相,减小复合材料制造过程中纤维/基体间的热残余应力,而且可以减小应力集中,使纤维表面性能平均化。


    等离子处理


    等离子喷涂过程是一个高速碰撞沉积,将熔融或者半熔融状态的材料喷涂到经过预处理的基体上形成涂层的过程。等离子处理具有操作简单、工艺环保、对原丝的性能和力学强度破坏性小等优点,已成为应用较广的一种研究方法。


    气相氧化法


    气相氧化法是采用热空气、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等气体为介质对CF进行氧化处理,处理后CF比表面积和表面粗糙度增加,表面含氧官能团的种类和数量也有所增加,从而提高CF增强复合材料的综合力学性能。


    液相氧化法


    液相氧化法是以浓硝酸、浓硫酸、过氧化氢等氧化剂与CF长时间接触,在纤维表面形成羧基、羟基等基团,增强与树脂的结合力。


    电化学氧化法


    电化学氧化是利用CF的导电性能,以CF为阳极,石墨、铜板或镍板等为阴极,在直流电场的作用下,以不同的酸碱盐的溶液作为电解液,对CF进行表面处理的方法。表面电化学氧化处理的作用为逐层氧化刻蚀与官能团变化的复合作用过程。


    表面接枝法


    表面接枝法是将碳纤维置于活性单体氛围中,在引发剂作用下,单体与纤维上的活性基团或边缘碳原子进行化合反应。


    能量束处理法


    利用能量束扫描过程中材料自身的组织结构变化或引入其他材料实现表面性能的改善。纤维在能量束的照射下会使表面粗化,改善与基体的粘附力。


    稀土处理法


    由于稀土元素的化学活性再根据化学键理论,稀土元素可与碳纤维表面的C、O和N原子发生配位化学反应和化学配位键合,稀土元素中具有大量电荷,在表面处理碳纤维时,能够吸引碳纤维碳碳键中的电子,导致碳碳键的电子元偏移,从而更容易将官能团引入碳纤维表面。


    碳纤维改性技术的关键在于提高碳纤维与基体的结合程度,提高复合材料的性能。而随着环境问题的日益突出,今后碳纤维表面处理技术的低成本化、绿色化和连续生产化将是重点研究方向。


    参考来源:

    赵雪妮.碳纤维表面处理及熔盐电镀Al涂层的研究

    高模量碳纤维表面处理技术研究取得新进展

    李刚.碳纤维表面改性技术研究进展

    杜帅.碳纤维表面改性研究进展

    周雪松.碳纤维表面处理技术研究进展

    浏览量 42 收起
  • 胶片成像原理

    胶片成像原理浅析。快速预览

    胶片结构黑白胶片彩色胶片乳剂片基

    浏览量 122 颗粒在线 | 4月前

    【胶片结构】


    1、乳剂:由对光敏感的卤化银微细颗粒悬浮在明胶介质中而成。在1平方英寸通常的感光胶片乳剂中,卤化银晶体的含量约达400亿个之多。


    2、片基:乳剂的支撑体,把乳剂涂在其表面构成感光片


    【黑白胶片原理】


    当光线照射到胶片的乳剂层上到达卤化银晶体时,卤化银晶体结构发生变化和相互聚结。经过显影操作,将已发生结构性变化的卤化银晶体转化为黑色金属银颗粒的聚结体,从而记录下景物影像。


    【彩色胶片原理】


    彩色胶片有三层感光乳剂层:感蓝层,感绿层,感红层,每一乳剂层都含有彩色成色剂。


    所有常规彩色胶片先形成黑白影像,之后彩色成色剂精确地按照卤化银颗粒转变成金属银颗粒的相等比例的转化量转变为发色的染料,从而得到彩色影像。


    【应用】


    广泛应用于机械、电子、汽车、建筑、生活用品等领域,而且正迅速扩展到航空、航天、电子计算机、光盘、光纤等许多技术领域。

    浏览量 122 收起
  • 稀土油漆催干剂

    油漆催干剂是油漆工业中不行短少的助剂。快速预览

    稀土油漆催干剂


    油漆是用处非常广泛的涂料,从桥梁、房屋建筑到各种车辆和机械设备,从家庭门窗、家具到五光十色的儿童玩具,都要运用油漆。因为油漆对金属和木材不光有防锈、防潮和防腐等作用,还具有特殊的美化功用。


    油漆催干剂是油漆工业中不行短少的助剂。一般把能加速油漆氧化、聚合而促进枯燥成膜的有机酸金属皂称做油漆催干剂。但凡选用不饱和动植物脂肪酸为质料制作的油漆,假如不参加催干剂,油漆的漆膜就很难天然枯燥,往往需求数天乃至数月,而参加催干剂则可缩短到几小时,即可枯燥成膜。需求参加催干剂的油漆种类有油脂漆、天然树脂漆、沥青漆、酚醛漆、醇酸漆等五大类以及部分氧基、环氧、聚脂、改性有机硅等种类。这些种类的油漆约占我国油漆总产量的70%。


    稀土是镧、铈、镨、钕、钇等17种金属元素的总称,因为它们具有特殊的化学活性,可用做制作油漆催干剂。油漆制作业传统选用钴/铅系列催干剂,一般还加有锰、锌、钙等多种金属元素。钴和锰能与油漆中的抗氧化物生成沉积,促进不饱和脂肪酸中的双键主动氧化,使漆膜枯燥固化,所以一般把钴和锰作为主催干剂成分;而铅锰锌钙等金属离子不能独自起催干剂,但他们能够促进钴和锰的催干作用,被用做助催干剂。钴/铅系列催干剂的首要缺陷是,铅有毒并使产品易发生沉积,而钴报价贵重,我国资源少,首要依托进口。钴锰还呈显异色,会影响清漆和淡色漆的色彩质量。特别是铅因为毒性大,会危害人体健康和污染环境,国际上对油漆含铅量都加以严厉约束,尤其是用在儿童玩具和家具上的各种油漆。


    开发少钴无铅催干剂便成为油漆制作业的一个重要课题。人们早就发现,某些稀土有机络合物对油漆具有杰出的催干功能,但因为曾经稀土报价贵重而难以选用。我国是世界上稀土资源最丰厚的国家,跟着稀土科技进步和出产的飞速开展,稀土报价有了大幅度下降,为稀土催干剂的开发使用发明了有利条件。


    从80年代开端,我国科技工作者连续研讨开宣布一系列的稀土油漆催干剂,已成功用于五大类几十个种类的油漆出产上。稀土催干剂一般选用稀土脂肪酸和稀土环烷酸络合物为质料。它们能够部分乃至悉数替代传统催干剂中的铅锰锌钙等组分,可显着削减钴的用量,既可制得低铅或无铅油漆,又能简化出产工艺进程。所出产出的油漆色彩浅,附着力强,漆膜鲜亮干实,油漆质量显着提高,取得了杰出的经济和环境效益。


    近年来,北京红狮涂料公司还研制开宣布彻底不含钴和铅的新式稀土复合催干剂,能到达原先多种催干剂一同合用的催干作用,并具有用量少、成本低,色彩浅和漆膜质量好等长处。在防止铅毒的一起,还节省了贵重的钴,为我国油漆制作业闯出一条新路。目前我国稀土催干剂的年用量3000余吨,使用的各类油漆15-20万吨。得天独厚的稀土资源为我国油漆制作业的开展增添了生机。


    颗粒在线根据网络资源整理编辑。

    浏览量 223 收起
科普 服务