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《宁波材料所研发制备出可高效进行油水分离的中空梯度聚丙烯泡沫》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2019-04-23

  • 随着工业含油废水排放和海运石油泄漏等事件的不断增多，油污染的治理已成为全球面临的重大挑战，故而研究高效油水分离材料和技术具有重要的科学意义和应用价值。

    　　目前，传统油污染的治理仍以离心法、燃烧法、浮选法和膜分离法等为主，但是上述方法都存在着一定的不足，比如能耗高、用时长、成本高、步骤复杂、添加有害溶剂和易造成二次污染等。

    　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所高分子事业部郑文革研究员团队在前期关于致密结构和均匀取向泡孔结构研究工作基础上（P. K. Huang, et al. Compos. Sci. Technol. 171 (2019) 282-290；P. K. Huang, et al. Compos. Part A-Appl. S. 116 (2019) 180-186），提出了一种新型的中空梯度泡孔结构，并且成功制备了一种新型高效油水分离的中空梯度聚丙烯泡沫。该制备方法不仅快速、成本低，而且绿色环保、无需添加任何溶剂。相关结果已经发表于国际学术期刊（P. K. Huang, et al. Chem. Eng. J. 370 (2019) 1322-1330）上，并且申请了相关的专利。

    　　该结构的设计理念来自于自然界，融合了荷花的粗糙表面、蜂巢结构和秸秆的中空结构等特点。凭借聚丙烯泡沫材料亲油疏水的特性，再加上独特的结构设计，赋予了材料优异的油水分离性能。当油水混合液经过该中空梯度聚丙烯泡沫时，水能够迅速通过中空通道，而油则会储存在材料内部的开孔结构中。

    　　上述工作得到了国家自然科学基金（51603218, 51473181）的大力资助。

  • 原文来源：http://www.nimte.ac.cn/news/progress/201904/t20190418_5277087.html
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    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2019-12-04
    • 随着现代电子工业的快速发展，各种高集成和高功率无线通信系统和电子器件数量急剧增加，导致电磁干扰和电磁污染问题日益突出，不仅在通信领域中对信号的产生、传播和接收造成了极大的影响，而且给人类社会的生产与生活，尤其是人类身体健康带来了不容忽视的危害。联合国人类环境会议早在1969年就将电磁辐射列为继水、大气、噪声污染之后的第四大公害。电磁屏蔽材料是一类能够通过吸收和反射等方式来衰减电磁波能量传播以有效抑制电磁干扰和污染的功能材料。中国科学院宁波材料技术与工程研究所高分子事业部郑文革研究员和沈斌副研究员一直致力于高效电磁屏蔽材料的开发，前期已经在电磁屏蔽材料的制备以及性能研究方面取得一系列进展。近期，该团队又从“变废为宝”和可持续发展的角度出发，利用生物质废弃物或生活废弃物来设计和制备了轻质高效电磁屏蔽材料。 每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，不仅成为农村环境保护的瓶颈问题，甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。我国作为农业大国，每年可生成数亿吨秸秆，成为“用处不大”但必须处理掉的“废弃物”。农作物秸秆属于农业生态系统中一种十分宝贵的生物质能资源。农作物秸秆资源的综合利用对于促进农民增收、环境保护、资源节约以及农业经济可持续发展意义重大。在本研究中，科研人员选用小麦秸秆作为碳源，通过直接碳化和有序组装的方式设计和制备了新颖的中空多孔碳管阵列（SCAs）用于高效电磁屏蔽（如图1）。结果表明，外直径为约1.7-3.3m、表观密度仅为约72-33mg/cm3的SCAs展现出优异的电磁屏蔽效能（约57.7-44dB），这主要依赖于材料对电磁波的强反射损耗、介电损耗以及在内部多层次泡孔结构中的多重反射损耗。进一步地，科研人员将氧化石墨烯气凝胶构筑在中空秸秆的空腔内，制备了具有石墨烯气凝胶的多孔碳管阵列（GA/SCAs）复合材料。与纯SCAs相比，GA/SCAs的密度仅略微增加到约78-39mg/cm3，而电磁屏蔽效能则增加至约66.1-70.6dB。相关结果已发表于国际期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7, 9663-9670。 瓦楞纸板是目前最为常见的包装材料，我国快递行业发展迅猛，包装材料用量巨大，2016年我国快递行业消耗的包装箱总量约86亿个，但是我国快递包装材料的总体回收率不到20%，只有发达国家一半左右，快递包装成了不小的污染源。在日常生活中，每个人将纸板直接扔进垃圾箱是很平常的事情，如何循环利用废弃瓦楞纸板值得我们深入思考。在本研究中，鉴于瓦楞纸板具有特殊的结构（锯齿形折叠结构夹于两个平行平面之间），科研人员通过直接碳化和环氧涂层增强的方式设计和制备了高性能碳化瓦楞纸板（CCB）作为轻质结构电磁屏蔽材料（如图2），密度仅为约0.07-0.17g/cm3的CCB样品具有优异的电磁屏蔽效能（约46.0-82.0dB）和比屏蔽效能（约325-1171dB/(g/cm3)），而屏蔽性能跟CCB碳化温度或结构类型密切相关。进一步地，科研人员在CCB表面上进一步构建了超薄石墨烯皮层，以达到降低碳化温度并保持电磁屏蔽性能的效果，为节能提供了一种有效而简便的方法。相关结果已发表于国际期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7, 18718-18725。 图1 中空多孔碳管阵列（SCAs）用于高效电磁屏蔽 图2 高性能碳化瓦楞纸板（CCB）用于高效电磁屏蔽 上述SCA或CCB电磁屏蔽材料与以前报道的其他碳泡沫材料相比表现出更加优异的屏蔽性能，说明这些结构对轻质和高性能屏蔽材料的制备具有很重要的参考意义。该工作得到了国家自然科学基金（51603218、51573202），宁波市2025重大科技专项（2018B10054）和宁波市自然科学基金（2018A610004）的大力资助。
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  • 《宁波材料所研发出循环稳定磁制冷材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-06-20
    • 来源：中国科学院宁波材料所 在当今能源材料中，利用固态相变进行能量转换的诸多材料体系都存在磁弹效应不明显、室温以上多铁性稀缺等主要问题，从而导致磁-热-机械三种能量形式相互干预的空间受限，借此提高转换效率的努力进入瓶颈阶段。开发出规避这些本征缺陷的新材料，发展新机理以实现多能量干预，有效提高转换效率和功能稳定性，是攻克此类能量转换难关的最有效途径。目前发现的磁弹强耦合相变材料包括稀土铁基化合物和镍基哈斯勒合金，基本具有多场可控相变的室温多铁性质，但功能的实现和性能的提高以极大牺牲磁场、温度和机械循环相变可逆性为代价，致使这类材料的实际应用受到阻碍。为解决功能和结构一体化难题，宁波材料所稀土磁性功能材料实验室一直致力于通过微观组织调控和先进制备加工技术，以获得支撑磁性和非磁性能的平衡要素点，如：采用高压光学浮区定向凝固方法生长出[001]方向单晶Co50Ni20Ga30合金，在上百次机械循环过程中保持了6 K的应力诱导温变(Scripta Mater., 2017, 127, 1)；利用高温度梯度液态金属冷却定向凝固生长了[001]强织构Ni45Mn36.5In13.5Co5合金，在5%大应变下获得8K温变(Appl. Phys. Lett., 2017, 110, 021906)；在Ni-Mn基Heusler合金中掺入稀土元素Tb或过渡族元素Cu，适当引入韧性第二相，提高了合金的断裂强度，而热效应降低不显著(J Alloys Compd., 2017, 696, 538; Scripta Mater., 2017, 130, 278)，并系统研究了超弹性动力学参数和制冷效率的优化条件(Sci. Reports, 2017, 7, 2084)。 　　最近，稀土磁性功能材料实验室与德国达姆斯塔特工业大学合作，制备了α-Fe/La-Fe-Si双相磁热材料，可以加工成比表面积大的片材，在后续的吸氢处理中仍能保持初始形状。所获得的双相氢化合物相比于单相合金，室温导热系数由2W/mK提升至6W/mK，并保持良好的磁热性能（1.9 T下绝热温变5.5 K）。更为重要的是，该种双相合金的三点弯曲强度为60 MPa，是聚合物粘接体的两倍，在经历105次磁场循环后仍能保持初始形状。该结果初步达到了高磁热、高导热和高强度的磁工质要求，发表在Acta Mater. (2017, 125, 506) 。 　　此外，在磁性马氏体相变材料中，实验室研究人员与香港科技大学合作，提出了相变热与循环性质统一的研究策略：从立方到单斜型的可逆相变因其相变前后结构对称性差异大，相变潜热高，超弹区形变大，通过设计晶格和调节微观结构的相容性，在不牺牲其潜热和变形的同时提高此类材料的机械循环特性和功能可逆性，将其推向能量转化材料的应用前沿。通过成分优化获得了绝热温变高达13 K的巨弹热Ni50Mn31.5In16Cu2.5磁性形状记忆合金。原位劳厄X射线衍射实验结合马氏体非线性几何理论计算结果表明，孪晶马氏体二次对称轴的长度在可逆相变形变过程中保持不变，在变形张量作用下，第一型孪晶可以形成无应力界面层的相容三叉晶界，第二型孪晶可以形成无应力层的平行晶界，从而可保证相变界面完全相容的同时而允许无穷多可能的孪晶结构，相变过程中材料会自动协调形成特殊相容微观组织。这样不仅大大降低了原本的相变滞后，对于循环下材料功能性和可逆性都有着更显著的提高。因此，该合金的相变滞后达到3 K的低值，马氏体相变在105次磁场循环前后保持高度稳定。该工作为开发兼具巨热效应和高相变循环稳定性材料提供了理论支撑，结果发表在Acta Mater. (DOI:10.1016/j.actamat.2017.05.020)。 　　以上研究得到国家自然基金委重点项目(51531008)和面上项目(51371184)的资助。 NiMnIn基哈斯勒合金的马氏体形成、应力诱导热效应和磁场循环下的相变稳定性
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