大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目中期檢查報告

1、 #編號：哈爾濱工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目中期檢查報告項目名稱：MWCNT/Fe3O4多孔材海綿結(jié)構(gòu)的制備項目級別：國家級（國家級、校級）執(zhí)行時間：2013年5月至2015年5月負責人：梁彩云學(xué)號：聯(lián)系電話：電子郵箱：院系及專業(yè)：化工學(xué)院化學(xué)工藝指導(dǎo)教師：徐用軍職稱：教授聯(lián)系電話：電子郵箱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科生院填表日期：2013年11月15日、課題組成員：（包括項目負責人、按順序）三、專家組意見：是否達到中期目標（在內(nèi)打V）:達到中期目標基本達到中期目標未達到中期目標成績評定（在內(nèi)打V）：合格L改進后可繼續(xù)執(zhí)行不合格，項目實施意見：彳提出警告、觀察后再定繼續(xù)執(zhí)行或中止J中止實施其它意

2、見和建議：組長簽名：（蓋章）年月日 四、項目研究中期報告1、項目簡介（300-500字左右）本項目主要研究多壁碳納米管（MWCNT）/Fe3O4多孔海綿結(jié)構(gòu)材料的制備及孔徑大小的調(diào)控途徑，實現(xiàn)不同形貌的MWCNT/Fe3O4多孔海綿可控制備。具有選擇透過性的多孔材料將成為化學(xué)工業(yè)新一代分離系統(tǒng)的首選材料,還可用作能源工業(yè)中的熱氣體過濾器,多種環(huán)境凈化技術(shù)中的分離介質(zhì)和隱身技術(shù)中的電磁波吸波材料。此外，多孔材料還是優(yōu)良的電極材料、高效優(yōu)良的隔熱材料。但是目前比較廣泛采用的碳體系制備的多孔材料組分比較單一，導(dǎo)致很多多孔材料功能單一?；谏鲜銮闆r，本課題以附載有四氧化三鐵的碳納米管多功能復(fù)合材料為前

3、驅(qū)體，通過溶膠凝膠的方法使其凝膠化，再用PVA交聯(lián)以增強其骨架結(jié)構(gòu)，在超臨界條件下干燥得到可反復(fù)壓縮的MWCNT/Fe3O4多孔海綿狀材料，并對其孔徑可調(diào)的性能進行測試評估。2、立項背景（研究現(xiàn)狀、趨勢、研究意義等，400字左右）多孔材料是當前材料科學(xué)中發(fā)展較為迅速的一種材料,特別是孔徑在納米量級的多孔材料,孔徑的可調(diào)性拓寬了多孔材料的應(yīng)用范圍具有許多獨特的性質(zhì)和較強的應(yīng)用。目前初步確立了以下十個方面作為多孔材料在工業(yè)生產(chǎn)上的可能應(yīng)用:1.高效氣體分離膜；2化學(xué)過程的催化膜;3.高速電子系統(tǒng)的襯底材料;4光學(xué)通訊材料的先驅(qū)體；5.高效隔熱材料;6.燃料電池的多孔電極;7.吸波隱身材料;8.燃料

4、（包括天然氣和氫氣）的存儲介質(zhì)；9.環(huán)境凈化的選擇吸收劑；10可重復(fù)使用的特殊（HEPA-型）過濾裝置。目前多孔材料體系主要有：碳體系、氧化鋁體系、二氧化硅體系，其中碳體系是應(yīng)用比較廣泛的。多孔碳材料的石墨化程度，也就是導(dǎo)電性，對其電化學(xué)性能具有非常大的影響，將多孔碳進行高溫處理，可以有效地提高其電化學(xué)性能。多孔碳材料作為催化劑載體時，其大的孔徑為許多尺寸較大分子的催化反應(yīng)提供了優(yōu)良的反應(yīng)場所；其尺寸均一的納米孔道在一些大分子的催化反應(yīng)中顯示了明顯的空間限制效應(yīng)；其優(yōu)秀的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，使其比氧化硅、氧化鋁具有更廣泛的應(yīng)用范圍。但是常用的碳體系結(jié)構(gòu)比較單一，制備出來的功能比較單一。因此為了發(fā)

5、展功能齊全,性能更加優(yōu)良的多孔材料，我們采用MWCNT/Fe3O4為基元制備多孔材料。多功能復(fù)合材料由于表面負載有Fe3O4因此除了具有碳的電學(xué)性能外，還具有磁學(xué)性能即超順磁性。是良好的催化劑載體。3、項目方案干燥MWCNT/Fe3O4單體制備將一定比例的多壁碳納米管（MWCNT）和乙酰丙酮鐵（Fe（acac）3）（質(zhì)量比1:4）及25mL三甘醇（TREG）加入250mL的三口圓底燒瓶中，超聲波分散20min后，裝入如圖3.1-1所示回流裝置，預(yù)先通入氮氣（N2）5min,將裝備內(nèi)的空氣置換干凈。開通加熱器電源，將裝置以3C的速度緩慢升溫至沸騰，停止通氮氣，保持回流30min。移走加熱器，將裝

6、置自然冷卻至室溫。14.口圓底燒電熱盤WnT=n*岀水圖3.1-1回流裝置示意圖MWCNT/Fe3O4納米復(fù)合材料的分離與純化：首先向冷卻后的反應(yīng)溶液中加入30mL無水乙醇（C2H5OH）進行稀釋，然后將一超順磁鐵置于燒瓶底部4h，使MWCNT/Fe3O4聚集吸附于在容器的底部，吸管吸掉上清液。然后加入30mL乙酸乙酯進行清洗，超順磁鐵放于燒杯側(cè)面進行磁性分離。最后再用30mL無水乙醇清洗，然后磁分離，將產(chǎn)物中殘留的試劑和反應(yīng)副產(chǎn)物徹底洗凈。將產(chǎn)物在40C下真空干燥，得到黑色固態(tài)粉末。實驗流程圖見圖3.1-2。圖3.1-2實驗流程圖凝膠的制備方案一:表面活性劑法表面活性劑能使水形成粘性液體，通

7、常當濃度大于臨界膠束時，形成球狀膠束，當濃度更高時，形成棒狀膠束。本實驗中采用NaDBS作為表面活性劑。流程圖見圖3.2-1圖3.2-1表面活性劑法制凝膠流程圖方案二:用瓊脂糖制備凝膠瓊脂糖是由1,3連接的B-D-毗喃半乳糖和1,4連接的3,6-脫水a(chǎn)-L-毗喃半乳糖殘基交替連接形成線性多糖，在加熱時可以形成均勻的溶液,為單獨的多糖大分子鏈，當溫度降低時先形成雙螺旋,然后聚集成膠束，在形成凝膠的過程中,兩條單獨的多糖鏈在氫鍵的作用下先形成平行的雙螺旋結(jié)構(gòu),這些雙螺旋通過氫鍵和疏水作用聚集形成具有有序結(jié)構(gòu)的膠束,膠束之間形成五角形的孔,孔的大小與膠束濃度即瓊脂糖濃度成反比。圖3.2-2用瓊脂糖制

8、備凝膠流程圖方案三：水熱法制備凝膠水熱法中水作為溶解和介質(zhì)提供高溫高壓的環(huán)境，并提供H+和0H_,葡萄糖作為模板在高溫高壓的環(huán)境中脫水聚合形成碳基質(zhì)包裹在單體材料中，并在接觸點將單體穩(wěn)固連接，形成凝膠。3434 水熱釜18OC、24h洗凈、干燥多孔材料的制備試驗的最后一步即干燥得到多孔材料，干燥階段中，凝膠孔隙中溶劑被除去，空內(nèi)將形成液-氣接口，若采用普通方法干燥，表面張力的變化會使得凝膠孔結(jié)構(gòu)收縮坍塌，故我們將采用超臨界干燥方法來保證制備得到的多孔材料的孔不受到破壞。但由于實驗條件所限，將形成的凝膠進行冷凍干燥得到多孔材料。4、項目實施的進展情況及初步取得的成果經(jīng)過認真探索目前已經(jīng)成功將MW

9、CNT/Fe0制備出來.34MWCNTFe(acac)3MWCNT/Fe3O4Nanohybrid(ne)A七suau-a.MWCNT/FeO納米復(fù)合材料制備原理圖(b)MWCNT3030(d)廠J1匕二丿I!1.1-20000-10000010000H(Oe)20000203020(Degree)ooO(6、ntua)2b.MWCNT/FeO納米復(fù)合材料XRD譜圖c.MWCNT/FeO納米復(fù)合材料TEM圖像d.300K下MWCNT/FeO納米復(fù)合材料的磁化強度曲線3434在第二步制備凝膠的過程中采用方案一表面活性劑法制備凝膠的過程中出現(xiàn)了單體聚沉的現(xiàn)象，所以此方案讓在改進完善中。方案二用瓊脂

10、制備凝膠已初步成功的將多孔材料制備出來，該多孔材料具有質(zhì)量輕，磁性比表面積大，吸水性大，不溶于有機溶劑等特點。方案三用水熱法制備凝膠出現(xiàn)了FeO被葡萄34糖還原的問題，目前仍在探索改進中。5、特色與創(chuàng)新克服傳統(tǒng)多孔材料骨架結(jié)構(gòu)單一性，采用MWCNT/FeO多功能復(fù)合材料作為骨架材34料。多功能復(fù)合材料由于表面負載有FeO因此除了具有碳的電學(xué)性能外，還具有磁學(xué)性34能即超順磁性。每個FeO納米粒子都相當于一個磁疇，在無外加磁場的時候，整體磁化34強度為零，在外磁場的作用下，粒子的磁化強度都指向磁場方向，當外加磁場去掉后，超順次體的磁化強度有恢復(fù)為零，沒有磁滯、剩磁的現(xiàn)象。另外納米量級的FeO與碳納34米管之間有電子的傳遞，因此是比碳更良好的催化劑載體。制備多孔材料的方法簡便，得到的的多孔材料很輕，有很好的磁性。6、項目實施過程中的收獲與體會項目進行的前期，我們查閱了大量的文獻，對實驗有了初步的了解，在這個過程中我們深刻認識到了文獻的重要作用只有站在前人的肩膀上，我們才能走的更遠！在項目的進展階段，我們發(fā)現(xiàn)此時沒有了紙上談兵的清閑，只有一大堆新出現(xiàn)的問題，比如如何避免絮狀物和大顆粒沉淀生成、凝膠劑的選擇以及測試結(jié)果的分析等，面對這些難題，我們感覺到了壓力，