针对白洋淀抗生素水污染研究现状并依托当前科研项目，设计了采用水热法合成以羧甲基纤维素（CMC）为基底、钴镍铁层状氢氧化物（CoNiFe-LDH）修饰的复合气凝胶（CMC/CoNiFe-LDH）吸附水中环丙沙星的研究型实验。实验使用SEM、XRD、FTIR等对CMC/CoNiFe-LDH的形貌、物相、基团等进行了表征，并分析了pH、反应时间、初始浓度对吸附效果的影响。实验结果表明，最佳实验条件下CMC/CoNiFe-LDH对环丙沙星的吸附量为298.32mg/g。该教学实验涉及分析化学、材料化学、仪器分析等课程知识，有助于激发学生的实验学习兴趣，培养创新思维及实验动手能力，提高运用理论知识解决实际问题的能力。

【目的】针对人工林速生桉木材色较浅、表面色调单一的问题，以层状双金属氢氧化物（LDHs）对其进行材色调控，仿制名贵木材紫光檀的黑棕色效果。【方法】将与木材高度亲和的钴基金属有机框架（Co-MOF）作为模板和前驱体，利用MnCl_2在木材表面发生水解反应，在桉木单板表面制备钴锰层状双金属氢氧化物（CoMn-LDH）；探究桉木单板分别在0.016、0.032、0.064 mol/L MnCl_2溶液和20、40、60、80℃条件下表面颜色的变化规律；并通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和红外光谱（FT-IR）分析，探究LDHs与桉木单板表面的结合机理；通过接触角和耐光老化测试评估改色木材的耐水性和耐光老化性。【结果】（1）在40℃下，利用0.032 mol/L MnCl_2溶液制得的钴锰双氢氧化物涂层桉木单板实现了紫光檀颜色效果，两者的色度值和紫外光谱均相近。（2）MnCl_2水解诱导Co-MOF和木材的OH~-交换形成金属氢氧化物，生成CoMn-LDH;SEM显示CoMn-LDH具有微纳米复合结构，XRD和XPS分析表明钴和锰分别以Co~(2+)和Mn~(2+)的形式存在，CoMn-LDH为典型的钴锰双氢氧化物；其红外光谱呈金属–羟基振动模式。（3）调色木材的接触角由36.2°增大至49.5°；光照120 h后色差在3～6范围内，属于中质量分辨率下可见色差；表明制备的钴锰双氢氧化物涂层桉木单板表面疏水能力和耐光老化性能均得到提升。【结论】本研究所用调色处理条件温和，能有效改善桉木颜色，提高产品装饰效果和附加值，促进人工林木材的高效利用。

对Ａｌ（ＯＨ）３＋Ｈ３ＢＯ３，Ａｌ（ＯＨ）３，Ｈ３ＢＯ３等样品进行了红外光谱、红外差分谱以及Ａｌ（ＯＨ）３＋Ｈ３ＢＯ３的二次离子质谱（ＳＩＭＳ）分析。结果表明，Ａｌ（ＯＨ）３＋Ｈ３ＢＯ３样品在１４２３和１２７９ｃｍ－１处有２个特征吸收峰，这些峰与Ｈ３ＢＯ３表现出的吸收峰相比，峰带更宽，说明在Ａｌ（ＯＨ）３＋Ｈ３ＢＯ３处理中，Ａｌ（ＯＨ）３表面形成了一种新物质，即硼的吸附络合物。氢氧化铝表面硼吸附络合物的ＳＩＭＳ图谱表明，硼在Ａｌ（ＯＨ）３表面高度密集，反映了这一表面结构状况中铝硼原子比例不同于简单的硼铝混合物。

为了制备具有高电化学活性和高堆积密度的Ni(OH)2正极材料,以尿素和硝酸镍为原料,采用均匀沉淀法制备了纳米级Ni(OH)2。通过设计正交试验,找出了最佳工艺条件。以红外光谱、XRD和SEM等测试手段,对纳米级Ni(OH)2的粉体结构及形貌进行了研究。结果表明,在95℃以上温度下,n尿素:nNi2+=3∶1时,可得到粒度较细,平均粒径在0 4～0 5μm左右的Ni(OH)2粉体,且收率较高。图6参5

【目的】探究马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Ni~(2+)的吸附性能,阐明马尾松树皮和纳米木质纤维素气凝胶吸附重金属离子的相关机理,以更好地利用农林废弃物马尾松树皮制备出成本低廉、便于产业化的生物质吸附材料,为其大规模应用奠定理论基础。【方法】将抽提后的马尾松树皮绝干样品在80℃水浴加热搅拌条件下使用对甲苯磺酸溶液处理1 h,反应结束后趁热过滤并透析滤渣。滤渣样品通过微射流均质机20次,得到马尾松树皮纳米木质纤维素。固含量2%的马尾松树皮纳米木质纤维素样品-20℃冷冻120 min后进行冷冻干燥,得到马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶。研究马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Ni~(2+)的最大吸附容量(q_e)以及其等温吸附特性、吸附热力学特性和吸附动力学特性。【结果】马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)和Ni~(2+)的最大吸附容量(q_e)分别为132.7、130.4、186.7和123.4 mg·g~(-1)。马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)符合Temkin等温吸附(R~2=0.990 1),且为不均匀的单层吸附。吸附热力学特性研究表明,马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)的过程符合热力学规律,R~2=0.992 9,且为非自发复合吸附过程,升高温度对吸附过程的促进作用与放热反应对吸附过程的抑制作用甚至会出现相互抵消的情况。马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)符合准二级动力学模型(R~2=0.991 0),其吸附Cr~(3+)的速率主要受化学作用而非物质传输步骤影响,特别是二者之间电子的化学分享或共价键交换等过程。【结论】基于廉价的生物质———马尾松树皮制备的马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶可作为重金属离子的有效吸附剂,表现出较为理想的吸附容量,静态吸附涉及的条件较为简单,具有一定的可试验推广性,马尾松树皮基吸附剂的开发也可推动廉价生物质的资源化利用。马尾松树皮和纳米木质纤维素气凝胶2种吸附剂的吸附性能稳定可靠,有望通过优化工艺提升性能;但是需要基于大规模甚至中试规模试验才能检验其有效性,进而指导工艺优化,得到性能更加出色的马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶作为重金属离子吸附剂。

作为一种新型轻质多孔的功能性气凝胶,生物质纤维素基碳气凝胶具有独特的各向同性三维网络层级结构,该结构使生物质纤维素基碳气凝胶兼具气凝胶的高比表面积、高孔隙率、低密度以及碳材料的耐热性、导电性和生物质材料的可降解性、生物相容性,是近年来纳米功能性材料领域的研究热点之一。生物质纤维素基碳气凝胶原材料来源广泛,包括木材、竹材、果蔬等植物及其加工物、海洋生物和细菌等。基于原料形态不同,本研究将生物质纤维素基碳气凝胶的制备方法归结为凝胶炭化法和生物质直接炭化法,并详细介绍2种方法的制备工艺。基于生物质纤维素基碳气凝胶独特的层级孔状结构,本研究概述碳气凝胶的轻质多孔、疏水性、稳定性和导电性以及生物质纤维素基碳气凝的金属掺杂和杂原子掺杂改性,这些优异的材料特性使其在隔热、电化学、吸附等领域有着广泛应用,并有望渗透到药物缓释、抗菌材料、组织工程和电磁屏蔽等更多的前瞻性新兴材料领域。围绕生物质纤维素基碳气凝胶的功能化制备、性能表征和应用,创新性的研究理论和研究方法正在不断涌现,本研究在深入分析研究现状的基础上,展望生物质纤维素基碳气凝胶未来的研究方向和发展前景。生物质纤维素基碳气凝胶作为一种新型绿色材料,以其独特的热学、电学、光学及力学性能,可为生物质的高值化、功能化应用提供更多的研究思路,具有更加广泛的应用前景。

采用锰氧化物改性硅藻土并应用于处理含Pb2+模拟废水,研究了改性硅藻土用量、吸附时间、废水中污染物浓度和pH值对改性硅藻土吸附Pb2+的影响,研究了其吸附等温式和吸附动力学。结果表明:随着投加量的减少,离子初始浓度提高,pH值的增大,吸附时间延长,硅藻土对Pb2+吸附量增大;改性硅藻土对Pb2+的等温吸附符合Langmuir模型;改性硅藻土对Pb2+的吸附动力学模型可以很好的与双常数扩散方程吻合。

水凝胶是由亲水性聚合物通过物理或化学交联方式形成的3D网络结构材料，通常具有亲水性、黏弹性、生物相容性等特点，广泛应用于生物工程、柔性电子等领域。传统水凝胶一般采用化石基聚合物为原料，其使用和废弃过程对人体和环境存在潜在威胁；同时水凝胶长时间使用后，在机械外力作用下易产生破坏，从而会对其结构完整性和性能产生影响。具有自我修复能力的水凝胶破损后利用超分子相互作用或可逆共价作用可以恢复到与起始状态几乎相同的机械性能，对延长水凝胶使用寿命具有重要意义。纤维素是一种天然有机聚合物，主要来源于自然界中的树木等天然材料，具有无毒、无害、生物相容性好等优点，符合绿色环保理念，应用前景广阔。纤维素链上丰富的含氧基团可与水分子形成氢键网络，有利于制备具自愈能力的水凝胶。对纤维素进行化学改性得到纤维素衍生物，如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等，可以扩大其在水凝胶领域的应用。本研究综述以纤维素以及纤维素衍生物为原料的一类自愈合水凝胶，总结传统自愈合水凝胶存在的缺点并提出相关改性策略。纤维素因自身晶体结构以及内部超分子相互作用导致其在水中难以溶解，故一般采用分散体系或溶解体系进行纤维素水凝胶的制备，通过调控水凝胶的三维结构，利用可逆共价作用（酰腙键、二硫键交换等）和非共价作用（氢键、疏水作用、主客体相互作用等）赋予其自我修复能力。由于这种可逆交联的存在，传统纤维素自愈合水凝胶一般机械性能较差，同时因现阶段对纤维素自愈合水凝胶的功能开发比较单一，限制其在各领域的应用。本研究介绍构建智能网络结构、仿生自然生物伤口愈合机制、功能化改性的方式，总结新型多功能智能纤维素自愈合水凝胶构筑的方式，结合自愈合水凝胶取得的相关研究成果，提出纤维素自愈合水凝胶现阶段仍需解决的问题，并对自愈合水凝胶的应用前景进行展望。

以土壤中常见的锰氧化物(水钠锰矿,δ-MnO2)为材料,通过批试验研究了其对溶液中As(Ⅲ)的吸附和氧化机制。研究结果表明:大部分加入的As(Ⅲ)(1.0mg/L)在反应的数分钟内就可被锰氧化物氧化,氧化产物As(Ⅴ)的释放速度相当快,但还原产物Mn(Ⅱ)的释放速度则相对较慢;在反应的90min内,当初始质量浓度为0.5、1.0、5.0、10.0和15.0mg/L时,As(Ⅲ)去除率可分别达到93.59%、92.56%、92.31%、89.15%和87.17%。pH对锰氧化物氧化As(Ⅲ)的影响较为显著,升高pH有利于锰氧化物对还原产物Mn(Ⅱ)的吸附,但不利于As(Ⅲ)的氧化和对氧化产物As...

为了解决２种溶液在混合前温度不易相等的问题而设计的双温度计法，可以快速测定２种溶液混合前后温度差值，并将这一新方法用于衡量锰、铝、铁水合氧化物在吸附溶液硼时所产生的热效应。结果表明，锰、铝、铁的水合氧化物对硼的吸附均有不同程度的热效应。供试样品与硼发生吸附反应所引起的热效应造成温度随时间变化的情况与通常的雷诺曲线相同，而水合氧化物悬浮液以及吸附质溶液的稀释与吸附反应相比较，其热效应小得多。使用这种双温度计法就可实现在通常条件下测定诸如吸附反应这类热效应引起的温度变化，从而为进一步研究吸附热提供了简单易行的量热方法。

以糠醛渣木质素和丙烯酸为原料,制备了可有效去除水中Pb2+、Cu2+和Cd2+离子的糠醛渣木质素鄄g鄄聚丙烯酸水凝胶(FRL鄄g鄄PAA水凝胶);研究了吸附p H值、温度和离子强度对FRL鄄g鄄PAA水凝胶吸附Pb2+、Cu2+、Cd2+性能的影响;分析了FRL鄄g鄄PAA水凝胶对Pb2+、Cu2+和Cd2+的吸附动力学、吸附等温线及吸附热力学的相关数据;采用XPS谱图进一步分析了FRL鄄g鄄PAA水凝胶对重金属离子的吸附机制。结果表明:在PAA水凝胶结构中引入糠醛渣木质素提高了水凝胶对重金属离子的平衡吸

基于生物质资源化理念以及环境工程专业人才培养需求，设计了“三维生物质水凝胶吸附剂制备及性能测定”实验。以秸秆为原料优化制备了生物质水凝胶吸附剂，通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）表征了其理化性质，并初步考察了其对水中重金属离子Cr(Ⅵ)的吸附性能及动力学模型，最后设置了涉及相关影响因素考察和机理探讨的开放性拓展实验。该实验将专业理论知识、实验操作技能及前沿科技成果相结合，能够为学生后续进行研究性、创新性实验以及进一步深造打下坚实基础，也有利于强化他们的环保意识。

以泊洛沙姆407(P407)和泊洛沙姆188(P188)为温敏材料,采用冷溶法制备乳酸环丙沙星(CPFL)温度敏感型原位凝胶,用试管倒转法考察泊洛沙姆溶液的胶凝温度,用紫外分光光度法测定释放介质中的药物含量,经无膜溶出法考察原位凝胶体外释药特性,以胶凝温度和缓释时间为指标筛选组合物。结果显示:最佳组合为0.024 g.mL-1P407+0.02 g.mL-1P188+0.08 g.mL-1 CPFL+0.000 3 g.mL-1 EDTA-2Na+0.001 5 g.mL-1 NaHSO3+0.000 1 g.mL-1苯扎溴铵,对应的胶凝温度为32.5℃;该原位凝胶在室温下为流体,在体温下发生...

氧化钛(TiO_2)纳米管的合成方法对其微结构及光催化性能有很大影响。目前,大多数研究主要以锐钛矿晶体或锐钛矿与金红石的混合晶体合成纳米管为研究对象。为考查前驱体对TiO_2纳米管形成过程及光催化性能的影响,该文研究了以非晶态氢氧化钛(Ti(OH)_4)为钛源水热合成TiO_2纳米管的工艺,分析了水热合成产物在后处理过程中物相和形貌的演变,并对TiO_2纳米管的物理化学性质进行了表征。研究结果表明:水热合成的最佳温度和时间分别为150℃和16 h;对产物依次水洗、酸洗、再水洗,最后在400℃煅烧2h,获得结晶度好的锐钛矿纳米管。转变过程为水热反应诱发了非晶态Ti(OH)_4转变为薄片状钛酸钠(Na_2Ti_3O_7);水洗和酸洗诱发了Na_2Ti_3O_7向钛酸(H_2Ti_4O_9)纳米管的转变;煅烧促进H_2Ti_4O_9纳米管向锐钛矿纳米管的转变。400℃煅烧2 h的纳米管具有最高的光催化降解性能。