不锈钢基体上TiO2陶瓷膜的制备

作者对不锈钢基体上TiO₂陶瓷膜的制备技术进行了探索。试验以304不锈钢片为基体，采用溶胶－凝胶法在其表面制备TiO₂陶瓷膜层，探讨了溶胶的浓度、pH值、黏合剂和烧结温度对TiO₂膜层形貌的影响，并利用X射线衍射技术(XRD)研究了膜层的物相结构。结果表明，添加1%的聚乙烯醇(PVA1750)黏合剂于浓度0.07M、pH2.0的溶胶中制得涂膜液，用该涂膜液浸涂304不锈钢片，干燥后于600℃烧结，可以得到均匀的片状结构TiO₂陶瓷膜，经XRD分析，该膜层以金红石相为主，另含少量锐钛矿相；添加0.3%的甲基纤维素(MC)黏合剂于浓度0.07M的溶胶中，用该溶胶浸涂304不锈钢片，干燥后于700℃烧结，得到纯金红石相的颗粒状TiO₂陶瓷膜层。添加两种不同黏合剂的溶胶均可在不锈钢表面形成连续的TiO₂陶瓷膜层，但两者的添加量不同，需要的烧结温度也不同，所得的物相结构及形貌亦不同。两种不同形貌的片状及颗粒结构之间分别形成较为均匀的孔隙，可以作为过滤时的截留孔。     

多孔不锈钢基体上多孔SiO2陶瓷膜的制备

为了研究SiO2陶瓷在孔径1μm的多孔不锈钢基体上的成膜性能,利用正硅酸乙酯通过胶溶法制得SiO2溶胶,对其制备过程中氨水的添加量、胶溶温度和胶溶时间以及SiO2陶瓷膜层制备过程中溶胶的陈化时间、黏合剂种类、制膜液浓度和烧结温度进行了探讨.结果表明,溶胶制备时氨水的添加量为2.1mol/mol,胶溶温度50℃,胶溶时间12h;SiO2陶瓷膜层制备时溶胶的陈化时间为24h,黏合剂为聚乙烯醇1750(PVA 1750),制膜液浓度为0.047mol/L,烧结温度为850℃;该条件下可以制得连续的颗粒状斜方相SiO2晶体陶瓷膜.     

多孔不锈钢基体上多孔SiO2陶瓷膜的制备

为了研究SiO₂陶瓷在孔径1 μm的多孔不锈钢基体上的成膜性能,利用正硅酸乙酯通过胶溶法制得SiO₂溶胶,对其制备过程中氨水的添加量、胶溶温度和胶溶时间以及SiO₂陶瓷膜层制备过程中溶胶的陈化时间、黏合剂种类、制膜液浓度和烧结温度进行了探讨。结果表明,溶胶制备时氨水的添加量为2.1 mol/mol,胶溶温度50℃,胶溶时间12 h;SiO₂陶瓷膜层制备时溶胶的陈化时间为24 h,黏合剂为聚乙烯醇1750（PVA 1750）,制膜液浓度为0.047 mol/L,烧结温度为850℃;该条件下可以制得连续的颗粒状斜方相SiO₂晶体陶瓷膜。     

陶瓷膜预处理猪场沼液的工艺参数及效果研究

针对沼液中悬浮物含量高、重金属残留等问题,该研究采用陶瓷膜进行预处理,开展膜过滤工艺参数优化和污染物去除效果的试验。首先证明7种不同孔径陶瓷膜中10～50 nm超滤陶瓷膜通量较高,再选择20 nm膜进行后续沼液温度、膜面流速和浓缩倍数等因素对陶瓷膜通量影响的研究。结果显示：20 nm陶瓷膜通量随温度升高呈指数型增长;较适宜的膜面流速为3.0 m/s,对应的膜通量可达175 L/(m2·h);经济性较高的变频器运行频率范围为40～45 Hz;20 nm陶瓷膜的极限浓缩倍数大于10倍,优于100 nm膜。20 nm陶瓷膜可完全去除沼液中浊度,同时较好的保留溶解性有机质和氮磷钾等无机营养,并对沼液中多种重金属具有良好的阻控效果,综合考虑其生产工艺和使用成本,20 nm陶瓷膜有广阔的实际应用前景。     

柑桔汁陶瓷膜微滤澄清和污染阻力试验

为了探讨柑桔汁微滤澄清技术及微滤膜污染阻力,建立膜清洗方法,研究以0.2 mm陶瓷膜微滤柑桔汁时膜通量变化及处理效果,结果表明：当温度30℃、压差0.16 MPa及膜面流速4 m/s时,全循环模式下稳定膜通量为22.4 L/(m2·h),浓缩模式下体积浓缩因子为12时,膜通量为10.6 L/(m2·h),澄清汁得率达91.67%;澄清汁浊度仅为0.62 NTU,澄清度高达99.93%,且各主要营养成分变化不大。通过建立膜污染阻力模型,考察操作参数对各分解阻力的影响,进而研究膜污染动力学后发现：压差对不可逆极化层阻力影响最为明显;增大膜面流速显著降低各极化层阻力,但对不可逆污染阻力作用不大;升高温度使得各阻力下降;膜污染可用拟二级速率方程描述。研究污染膜清洗过程,结果表明采用去离子水、1% NaOH和0.5% NaClO混合液、0.2% HNO3溶液依次清洗膜,膜通量可迅速恢复。     

纳米TiO_2对土壤中Al、Fe和Mn释放及形态的影响

为了研究纳米TiO2对土壤中Al、Fe和Mn形态转化的影响,以三峡水库消落区土壤为研究对象,采用室外模拟淹水试验,分析不同浓度的2种纳米TiO2对土壤中Al、Fe和Mn释放及形态的影响。结果表明,淹水2个月后,纳米TiO2颗粒处理引起上覆水Al和Fe浓度显著升高;促进土壤残渣态和可氧化态Al的释放,且锐钛矿颗粒的作用大于金红石颗粒,高浓度锐钛矿颗粒处理导致12.31%的Al释放到水中;纳米TiO2颗粒对土壤Fe和Mn总量影响较小,但对Fe形态转化影响较大,主要表现为可还原态和可氧化态Fe转化为酸可交换态Fe,促进Fe的活化,其中低浓度金红石颗粒与高浓度锐钛矿颗粒影响相对较大;纳米TiO2颗粒对Mn形态转化影响较小,仅低浓度金红石颗粒与高浓度锐钛矿颗粒处理组促进少量可还原态Mn的转化,其他均无明显变化。因此,不同结构纳米TiO2对土壤中Al、Fe和Mn形态转化的影响存在较大差异,在进行纳米TiO2的环境风险评估时需要区别对待。     

纳米SiO_2及TiO_2改性复合涂膜提高松花蛋的保鲜效果

为研究松花蛋的涂膜保鲜,该文采用纳米SiO2和TiO2分别对聚偏二氯乙烯(polyvinylidene chloride,PVDC)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)基蜂蜡石蜡复合涂膜材料进行功能改性并涂膜松花蛋,测定并分析贮藏过程中松花蛋质量损失率、含水率、菌落总数、质构和颜色等感官品质指标的变化,研究其对松花蛋的保鲜效果及感官品质的影响。结果表明:在温度22℃,相对湿度75%±2%条件下贮藏12周后,与未涂膜组相比,2种膜液均显著抑制水分的散失(P0.05),纳米改性PVDC基复合膜使质量损失率降低29.9%,纳米改性PVA基复合材料使质量损失率降低32.1%;未涂膜组松花蛋的菌落总数为涂膜组的9~10倍;2种膜液均增强松花蛋的质构(降低硬度和咀嚼性,提高黏度),显著提高质地感官评分值(P0.05),同时显著抑制pH值和游离碱度的降低(P0.05);涂膜组松花蛋的颜色较深,风味和滋味感官评价值较高(P0.05),还原糖和游离氨基的含量较低(P0.05),褐变强度较强且美拉德反应中间产物的量较多(P0.05),表明不同复合涂膜材料可增强美拉德反应,促进风味物质的产生,研究结果为松花蛋涂膜保鲜技术的应用提供理论参考。     

60Co-g辐照改性银掺杂纳米TiO2及光催化降解乙烯

为了解60Co-射线辐照且以活性炭纤维(ACF)为载体所负载TiO2的半导体材料(TiO2/ACF)对光催化降解冷藏环境中乙烯的影响,该文拟采用60Co-辐照制备纳米Ag沉积的TiO2/ACF(Ag-TiO2/ACF)光催化材料,在模拟园艺产品的冷藏环境中,进行了3种不同膜的光催化降解乙烯效果的研究,并利用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)对所制备的光催化材料进行相关的表征分析。结果表明:在加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮后,60Co-辐照能使Ag颗粒较好地负载在TiO2上,TiO2均匀分散在ACF膜上而不发生团聚,且TiO2颗粒晶相改变、尺寸变小,有助于提高Ag-TiO2/ACF的催化效率。Ag-TiO2/ACF光催化降解乙烯的效果用一级动力学速率方程描述;经辐照制备的Ag-TiO2/ACF薄膜比未辐照的TiO2/ACF和辐照的TiO2/ACF薄膜光催化降解乙烯的反应速率常数分别提高了44%和37%。研究结果为TiO2光催化技术的进一步的应用提供了参考。     

60Co-γ辐照改性银掺杂纳米TiO2及光催化降解乙烯

为了解60Co-γ射线辐照且以活性炭纤维(ACF)为载体所负载TiO2的半导体材料(TiO2/ACF)对光催化降解冷藏环境中乙烯的影响,该文拟采用60Co-γ辐照制备纳米Ag沉积的TiO2/ACF (Ag-TiO2/ACF)光催化材料,在模拟园艺产品的冷藏环境中,进行了3种不同膜的光催化降解乙烯效果的研究,并利用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)对所制备的光催化材料进行相关的表征分析.结果表明:在加入分散剂聚乙烯吡咯烷酮后,60C0-γ辐照能使Ag颗粒较好地负载在TiO2上,TiO2均匀分散在ACF膜上而不发生团聚,且TiO2颗粒晶相改变、尺寸变小,有助于提高Ag-TiO2/ACF的催化效率.Ag-TiO2/ACF光催化降解乙烯的效果用一级动力学速率方程描述;经辐照制备的Ag-TiO2/ACF薄膜比未辐照的TiO2/ACF和辐照的TiO2/ACF薄膜光催化降解乙烯的反应速率常数分别提高了44％和37％.研究结果为TiO2光催化技术的进一步的应用提供了参考.     

聚乙烯包膜肥料控释膜层结构特征研究

【目的】包膜肥料控释膜层结构和孔隙性质直接影响其养分释放速率。研究包膜肥料膜层结构特征,可以明确膜层结构参数与养分释放速率的关系,揭示包膜肥料控释机制,为建立养分释放数理模型提供理论依据。【方法】以聚乙烯包膜肥料控释膜层作为研究对象,量化研究了聚乙烯喷涂控释膜层的结构特征参数。利用扫描电镜,观测了在不同放大倍数下,采用喷涂工艺制备的聚乙烯包膜肥料膜层的外表层、横断面和内表层特征;以压汞仪测定了膜上孔隙的大小和分布;采用泡点法研究了大孔隙的最大孔径。【结果】不同放大倍数下的扫描电镜观测结果表明,喷涂法制备的包膜肥料控释膜层外表面整体上光滑、平整、均匀、疏松,但局部存在少量孔隙,孔径主要分布在1000～50 nm的范围内;在放大倍数很高的情况下,整体上膜层无细微孔隙结构。控释膜层厚度约为60～100 μm,断面形貌疏松无孔。膜层内表面粗糙,高低起伏不平、犬牙交错。膜壳材料堆密度为0.4～0.8 g/mL,低于聚乙烯密度,属于疏松结构。孔隙结构分析结果表明,聚乙烯控释膜层的中值孔径为4.5～5.3 nm,与对比的聚乙烯薄膜基本一致,说明两种膜分子链间的细微结构没有差异;但是聚乙烯控释膜层中存在占比18%的直径约为1000～50 nm的较大孔,孔径小于10 nm的间隙占82%,进一步说明占比少的大孔影响控释膜层释放性能。喷涂控释膜层总孔体积在0.4686～1.2260 mL/g,平均孔径在25.1～86.8 nm范围内,孔隙率为33.0%～50.6%,显著高于拉伸工艺制备的聚乙烯薄膜。释放期在1～6个月的包膜控释肥料,最大孔径在990～480 nm的范围,随包膜肥料释放期的增加,膜孔直径逐步减小,说明包膜控释肥料养分释放速率与其最大孔径存在内在联系。【结论】综合3种方法的测定结果,聚乙烯控释膜层可以看作是膜层均匀致密且局部有孔隙,膜壳直径3 mm,膜层厚度约为50 μm,最大孔径为1 μm,平均孔径为50 nm的密闭球形壳体。最大孔是水分和养分进出膜层的主要通道,决定了包膜肥料养分释放速率的快慢。