國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目中期檢查書

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編號(hào)：

哈爾濱工業(yè)高校

高校生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練方案項(xiàng)目中期檢查報(bào)告

項(xiàng)目名稱：

項(xiàng)目級(jí)別：（國(guó)家級(jí)、校級(jí)）

哈爾濱工業(yè)高校本科生院

填表日期：2022年11月15日

指導(dǎo)老師：徐用軍職稱：教授聯(lián)系電話子郵箱：

聯(lián)系電話子郵箱：院系及專業(yè)：化工學(xué)院化學(xué)工藝

執(zhí)行時(shí)間：年月至年月負(fù)責(zé)人：梁彩云

學(xué)號(hào)：

一、課題組成員：（包括項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、按挨次）

二、指導(dǎo)老師意見：

三、專家組意見：

四、項(xiàng)目討論中期報(bào)告

1、項(xiàng)目簡(jiǎn)介（300-500字左右）

本項(xiàng)目主要討論多壁碳納米管(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(shí)現(xiàn)不同形貌的MWCNT/Fe3O4多孔海綿可掌握備。

具有選擇透過性的多孔材料將成為化學(xué)工業(yè)新一代分別系統(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)中的分別介質(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納的碳體系制備的多孔材料組分比較單一，導(dǎo)致許多多孔材料功能單一。

基于上述狀況，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)以增加其骨架結(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(duì)其孔徑可調(diào)的性能進(jìn)行測(cè)試評(píng)估。

2、立項(xiàng)背景（討論現(xiàn)狀、趨勢(shì)、討論意義等，400字左右）

多孔材料是當(dāng)前材料科學(xué)中進(jìn)展較為快速的一種材料,特殊是孔徑在納米量級(jí)的多孔材料,孔徑的可調(diào)性拓寬了多孔材料的應(yīng)用范圍具有很多獨(dú)特的性質(zhì)和較強(qiáng)的應(yīng)用。

目前初步確立了以下十個(gè)方面作為多孔材料在工業(yè)生產(chǎn)上的可能應(yīng)用:1.高效氣體分別膜；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(包括自然?氣和氫氣)的存儲(chǔ)介質(zhì);9.環(huán)境凈化的選擇汲取劑;10.可重復(fù)使用的特別(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(duì)其電化學(xué)性能具有特別大的影響，將多孔碳進(jìn)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(shí)，其大的孔徑為很多尺寸較大分子的催化反應(yīng)供應(yīng)了優(yōu)良的反應(yīng)場(chǎng)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。因此為了進(jìn)展功能齊全，性能更加優(yōu)良的多孔材料，我們采納MWCNT/Fe3O4為基元制備多孔材料。多功能復(fù)合材料由于表面負(fù)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(xiàng)目方案

3.1MWCNT/Fe3O4單體制備

將肯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

干燥

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?dú)猓∟2）5min，將裝備內(nèi)的空氣置換潔凈。開通加熱器電源，將裝置以3℃的速度緩慢升溫至沸騰，停止通氮?dú)猓３只亓?0min。移走加熱器，將裝置自然冷卻至室溫。

圖3.1-1回流裝置示意圖

MWCNT/Fe3O4納米復(fù)合材料的分別與純化：首先向冷卻后的反應(yīng)溶液中加入30mL無水

乙醇（C2H5OH）進(jìn)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(jìn)行清洗，超順磁鐵放于燒杯側(cè)面進(jìn)行磁性分別。最終再用30mL無水乙醇清洗，然后磁分別，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40℃下真空干燥，得到黑色固態(tài)粉末。試驗(yàn)流程圖見圖3.1-2。

圖3.1-2試驗(yàn)流程圖

3.2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，通常當(dāng)濃度大于臨界膠束時(shí)，形成球狀膠束，當(dāng)濃度更高時(shí)，形成棒狀膠束。本試驗(yàn)中采納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β-D-毗喃半乳糖和1,4連接的3,6-脫水α-L-毗喃半乳糖殘基交替連接形成線性多糖，在加熱時(shí)可以形成勻稱的溶液,為單獨(dú)的多糖大分子鏈，當(dāng)溫度降低時(shí)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(dú)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。

水浴加熱100C20min，冷卻靜置

圖3.2-2用瓊脂糖制備凝膠