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TiO2复合材料的制备及其光电性能研究

TiO2复合材料的制备及其光电性能研究

作者：乔佳乐黑龙江大学

学位级别：硕士

TiO2纳米材料因具有安全系数高﹑易制取、廉价、结构稳定﹑无毒等特点,不仅可以作为光催化剂降解有机污染物,解决环境污染问题,同时还可以替代不可再生能源,用来制作锂离子电池的负极材料,降低能源匮乏带来的压力。TiO2纳米材料具有较... 详细信息

TiO2纳米材料因具有安全系数高﹑易制取、廉价、结构稳定﹑无毒等特点,不仅可以作为光催化剂降解有机污染物,解决环境污染问题,同时还可以替代不可再生能源,用来制作锂离子电池的负极材料,降低能源匮乏带来的压力。TiO2纳米材料具有较高的禁带宽度,作光催化剂时对自然光的利用率小,仅在紫外光的照射下容易发生光催化反应;作为锂离子电池负极材料时,理论比容量相对较低,仅为168 mAhg-1,并且纳米二氧化钛制备工艺复杂,易于产生团聚,不适用于商业化生产。本文针对以上缺点,用水热法制备Fe、Ni金属离子掺杂的复合二氧化钛纳米材料。在水热法过程中改变实验条件,控制金属离子的掺杂浓度和改变反应所需的碱性条件下NaOH浓度,制备出粒径小、分布均匀﹑分散性较好的锐钛矿型二氧化钛,并研究其光催化和电化学性能。将不同浓度的Fe、Ni金属离子分别与硫酸钛混合与NaOH共沉淀,把生成物通过水热反应,在通过酸泡,煅烧等工艺制取TiO2复合纳米材料。通过X射线衍射分析样品的晶型结构,采用SEM和TEM对样品的形貌、尺寸、分散性进行观察讨论。分析表明掺杂浓度2%Ni、NaOH浓度10 mol/L时的TiO2分散性最好,形貌均匀,为纯相锐钛矿。通过对亚甲基蓝进行光催化降解,分别研究Fe、Ni金属离子掺杂、金属离子掺杂浓度、水热反应过程中NaOH浓度对二氧化钛光催化性能的影响。分析表明金属离子掺杂浓度为1%Fe、NaOH浓度为6 mol/L时的样品,能在光催化降解亚甲基蓝50分钟后的降解率达到99.6%。将复合材料制备成锂离子电池的负极材料,组装成电池,通过恒倍率充放电测试,变倍率充放电测试,循环伏安测试及阻抗分析,Fe、Ni金属离子掺杂,不同掺杂浓度,不同反应碱性条件对二氧化钛电性能的影响,找出实验过程中适应电性能的最佳制备条件。实验结果表明:Fe离子浓度为1%,水热碱性环境NaOH浓度为8 mol/L时样品首次放电容量却达到了421.1 mAhg-1,首次库仑效率高达95.3%,循环一百圈后的充电容量仍为232.3 mAhg-1。1%Ni掺杂在8 mol/L NaOH环境下充放电100圈后比容量保持率高达82.5%。研究表明不同掺杂金属材料、不同掺杂浓度、不同反应碱性条件会影响二氧化钛晶型、粒径、形貌、尺寸及分散性,进而影响材料的电化学性能。

关键词：水热法二氧化钛锂离子电池光催化

大肠杆菌葡萄糖木糖共利用产D-乳酸菌株的构建

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大肠杆菌葡萄糖木糖共利用产D-乳酸菌株的构建

作者：乔佳乐长春工业大学

学位级别：硕士

D-乳酸,分子式为CH3CH(OH)COOH,是一种α-羟基酸,含手性碳,广泛用于医药农业和化工领域。以其为原料的D-聚乳酸添加到L-聚乳酸中,能够提升生物可降解材料的热稳定性,市场对D-乳酸的需求日益增加。以生物质资源木质纤维素为碳源生产D-乳... 详细信息

D-乳酸,分子式为CH3CH(OH)COOH,是一种α-羟基酸,含手性碳,广泛用于医药农业和化工领域。以其为原料的D-聚乳酸添加到L-聚乳酸中,能够提升生物可降解材料的热稳定性,市场对D-乳酸的需求日益增加。以生物质资源木质纤维素为碳源生产D-乳酸可以有效解决D-乳酸生物合成成本高的问题。但微生物在利用木质纤维素水解液(主要成分为葡萄糖和木糖)发酵时,存在葡萄糖代谢物阻遏效应,木糖利用受到葡萄糖的抑制。本实验室前期,通过优化葡萄糖代谢途径和挖掘新的木糖转运蛋白,获得了能同步利用葡萄糖和木糖的大肠杆菌工程菌株Rec1.0。本研究以Rec1.0为出发菌,设计并创建了能同步利用葡萄糖和木糖的产D-乳酸工程菌,并对产D-乳酸工程菌株高效利用葡萄糖和木糖的能力进行了分子机制解析。主要研究结果如下:(1)设计并创建D-乳酸合成途径:利用还原力平衡和能量供给原则,设计了厌氧条件下以葡萄糖和木糖为底物合成D-乳酸的可能性,能够实现1 mol葡萄糖+1.2 m ol木糖=4 mol乳酸+4 ATP,碳摩尔转化率为1 mol/mol;利用CRISPR/Cas9基因编辑技术系统,敲除了mgs A、pfl B、frd及adh E基因,阻断了L-乳酸、甲酸、丁二酸和乙醇副产物的合成途径,获得工程菌株QJL005;厌氧发酵显示,QJL005的产物主要为D-乳酸,96h产量达到32.7 g/L,且无其他副产物。(2)适应性进化显示葡萄糖激酶Gl K的高活性提高了葡萄糖消耗速率:尽管Q JL005的发酵主要产物为D-乳酸,但其生长速度及葡萄糖消耗速率明显降低,相比R ec1.0分别降低了8.54倍,8.96倍;为提高葡萄糖消耗速率,对QJL005以葡萄糖为唯一碳源进行适应性进化,经过20次转接,获得中间菌株QJL008,其葡萄糖消耗速率达到0.75 g/g DCW·h,是QJL005的8.33倍;重测序分析显示:(a)葡萄糖激酶基因glk的启动子附近的SD序列从AGGAAA突变AGGAGG,这种改变可能促进了glk基因的翻译;(b)glk基因的编码区发生两个突变,分别为A142V和R188H,利用PSS M、蛋白质结构模拟和分子对接分析,显示这两个突变位点具有分子进化优势,促进了疏水区域对葡萄糖分析的结合;转录组分析显示:glk基因表达水平提高了51.23倍;酶活分析显示:Gl K活性增加7.3倍。这些结果说明Gl K活性的提高是QJL008葡萄糖消耗速率提高的分子机制。(3)CRP G141D突变提高了木糖代谢途径关键基因的表达:适应性进菌株QJL008虽然葡萄糖消耗速率到0.75 g/g DCW·h,但木糖消耗速率只有0.41 g/g DCW·h。为此,对QJL008进行了葡萄糖和木糖双碳源适应性驯化,经过20次转接,获得工程菌株QJL010,其葡萄糖和木糖的消耗速率分别达到0.75和0.82 g/g DCW·h;重测序分析显示,crp基因(编码cyclic AMP receptor protein)发生单突变G141D,文献报道,CRP G141D突变,能够激活木糖代谢途径相关基因的转录;转录组分析显示了木糖代谢途径相关基因xyl R、xyl E和gal ABC*的表达水平分别提高了16.6倍、402.1倍和4.46倍;反向代谢工程及q PCR进一步证明了CRP G141D突变激活了xyl R、xyl E和gal ABC*基因的表达,证明了CRP G141D突变提高了木糖代谢途径关键基因的表达,有效提高了QJL010工程菌株的木糖消耗速率。综上所述,通过本论文的研究,成功构建了一株可以高效共利用葡萄糖和木糖产D-乳酸的工程菌株QJL010,D-乳酸产量96 h达到87.5 g/L,碳摩尔转化率为0.99 m ol/mol。本研究的结果为利用大肠杆菌平台菌株从木质纤维素生物质中生产高值化学品提供了有价值的借鉴。

关键词：大肠杆菌葡萄糖木糖 D-乳酸适应性进化

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Au基纳米八木天线理论特性研究

黑龙江工业学院学报（综合版） 2021年第6期21卷 68-75页

作者：乔佳乐刘昭廷绥化学院黑龙江绥化152000 东北石油大学黑龙江大庆163318

八木结构的纳米光学天线在量子信息技术、高密度数据存储和光学等领域有着广泛应用。探讨基于贵金属Au的三层纳米八木天线的远场特性,重点研究不同位置的极子点对其远场特性的影响,并用COMSOL仿真软件计算出它们的远场辐射特性,设计出... 详细信息

八木结构的纳米光学天线在量子信息技术、高密度数据存储和光学等领域有着广泛应用。探讨基于贵金属Au的三层纳米八木天线的远场特性,重点研究不同位置的极子点对其远场特性的影响,并用COMSOL仿真软件计算出它们的远场辐射特性,设计出性能优越的纳米光学天线,通过改变极子点的位置可以使多极共振位置的移动具有显著的可调谐性。

关键词：八木结构纳米光学天线远场特性

射干麻黄汤及其辛、苦味药组拆方对寒哮大鼠气道炎症及肺组织TRPV1/TAS2R14表达的影响

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中国实验方剂学杂志 2024年第21期30卷 1-9页

作者：袁亚美叶卫东程悦李秋慧刘家鑫乔佳乐王坤方向明安徽中医药大学合肥230012 中医药防治肺系重大疾病应用转化安徽省重点实验室合肥230031 安徽中医药大学第二附属医院合肥230031 新安医学教育部重点实验室合肥230038

目的:探讨射干麻黄汤辛、苦味药组对哮喘寒哮证大鼠肺组织中瞬时受体电位通道香草醛亚型1(TRPV1)、苦味受体14(TAS2R14)蛋白表达的影响。方法:70只SD大鼠随机分为正常组、模型组、射干麻黄汤组、辛味药组、苦味药组、地塞米松组、桂龙... 详细信息

目的:探讨射干麻黄汤辛、苦味药组对哮喘寒哮证大鼠肺组织中瞬时受体电位通道香草醛亚型1(TRPV1)、苦味受体14(TAS2R14)蛋白表达的影响。方法:70只SD大鼠随机分为正常组、模型组、射干麻黄汤组、辛味药组、苦味药组、地塞米松组、桂龙咳喘宁组,10%卵清蛋白(OVA)结合氢氧化铝腹腔及四肢皮下注射致敏,联合2%OVA雾化及寒冷(2~4℃)刺激,激发大鼠寒哮模型。射干麻黄汤、辛味药、苦味药(6.43 g·kg^(-1))、地塞米松(0.5 g·kg^(-1))、桂龙咳喘宁组(10 g·kg^(-1))灌胃及雾化,空白组、模型组以等量生理盐水灌胃及雾化,持续干预3周。末次激发后,对大鼠肺组织进行苏木素-伊红(HE)、碘酸雪夫(PAS)、马松(Masson)染色观察气道炎症反应和细胞增殖情况。采用酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测血清中白细胞介素-5(IL-5)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)、转化生长因子-β_(1)(TGF-β_(1))含量;免疫荧光法检测TRPV1、TAS2R14的表达;蛋白免疫印迹法(Western blot)检测大鼠肺组织TRPV1、TAS2R14、磷脂酶Cβ(2 PLCβ_(2))、B细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达。结果:与空白组比较,模型组大鼠饮水、饮食及体质量下降,气道炎性细胞浸润、杯状细胞增生、组织纤维化及胶原蛋白沉积情况增多,血清IL-5、TNF-α、TSLP和TGF-β_(1)含量升高(P<0.01),TRPV1、PLCβ_(2)、α-SMA的表达增加、TAS2R14、Bcl-2的表达降低(P<0.05,P<0.01);与模型组比较,射干麻黄汤、辛味药及苦味药物组大鼠饮水、饮食及体质量改善,气道炎性细胞浸润、杯状细胞增生、组织纤维化改变及胶原蛋白沉积情况减少;血清中IL-5、TNF-α、TSLP和TGF-β_(1)含量降低(P<0.01),TRPV1、PLCβ_(2)、α-SMA的表达减少,TAS2R14、Bcl-2表达增加(P<0.05,P<0.01)。结论:射干麻黄汤及其辛、苦味药物组可以明显减轻OVA诱发的哮喘大鼠气道炎症,降低TRPV1、PLCβ_(2)、α-SMA蛋白表达,激活TAS2R14、Bcl-2蛋白表达,其中苦味药组较辛味药组佳,辛苦相合其疗效增强,达到配伍之效。提示射干麻黄汤及其辛、苦味药物组能够减轻OVA诱发的哮喘气道炎症可能与抑制辛味相关TRPV1蛋白及激活苦味相关TAS2R14蛋白相关。

关键词：辛味药苦味药寒哮瞬时受体电位通道香草醛亚型1(TRPV1) 苦味受体14(TAS2R14)

营养液配方优化及其对水培生菜生长和生产效率的影响

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山东农业大学学报（自然科学版） 2023年第2期54卷 166-172页

作者：乔佳乐郭美玲窦煜炜魏珉张大龙李岩山东农业大学园艺科学与工程学院山东泰安271018 农业部黄淮海设施农业工程科学观测实验站山东泰安271018

采用三因子二次饱和D-最优设计,对营养液配方中的元素浓度进行优化,并建立了以元素浓度为变量因子,生菜产量和品质为目标函数的三元二次数学模型。通过对模型解析表明,水培生菜的优化配方为氮6.2146~6.2630mmol·L^(-1)、磷0.4934~0.498... 详细信息

采用三因子二次饱和D-最优设计,对营养液配方中的元素浓度进行优化,并建立了以元素浓度为变量因子,生菜产量和品质为目标函数的三元二次数学模型。通过对模型解析表明,水培生菜的优化配方为氮6.2146~6.2630mmol·L^(-1)、磷0.4934~0.4983mmol·L^(-1)、钾3.8396~3.8945mmol·L^(-1)、铁0.0688~0.0693mmol·L^(-1)、硼0.0464~0.0470mmol·L^(-1)、锰0.0098~0.0102mmol·L^(-1)、镁0.4876~0.5401mmol·L^(-1)、锌0.0007~0.0008mmol·L^(-1)、铜0.0003~0.0004mmol·L^(-1)。与山崎(叶用莴苣)配方(CK1)和园试配方(CK2)相比,优化后的配方能够显著促进生菜植株生长,增强其植株光合能力和根系活力及其对营养元素的吸收能力,进而提高生菜单株产量且改善其可溶性蛋白、Vc、纤维素等品质,其中生菜根系活力、Vc含量、单株产量较两对照分别提高了15.1%、26.4%、24.7%和48.3%、39.0%、36.3%。此外,优化配方处理下生菜采收天数较CK1和CK2分别提前2和5 d;与两对照相比,优化配方处理下生菜单株效益和产投比均显著提高,较CK1和CK2分别提高了25.2%、41.1%和36.0%、94.0%。因此,优化配方对于实现水培生菜高产优质栽培具有重要意义。

关键词：生菜营养液配方施肥

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破乳法合成N掺杂TiO2/粉煤灰及其可见光催化性能研究

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硅酸盐通报 2021年第1期40卷 304-311页

作者：胡凯强赖声发钱艳峰张甜甜乔佳乐万祥龙安徽理工大学材料科学与工程学院淮南232001

粉煤灰表面负载TiO2制备光催化材料是粉煤灰高附加值资源化应用的一种新途径,通过破乳的方法在粉煤灰表面负载TiO2是一种新的尝试。以十二烷基苯磺酸钠改性的粉煤灰为载体,纳米TiO2胶体为钛源,NaOH为破乳剂,尿素为氮源,在反应釜中通过... 详细信息

粉煤灰表面负载TiO2制备光催化材料是粉煤灰高附加值资源化应用的一种新途径,通过破乳的方法在粉煤灰表面负载TiO2是一种新的尝试。以十二烷基苯磺酸钠改性的粉煤灰为载体,纳米TiO2胶体为钛源,NaOH为破乳剂,尿素为氮源,在反应釜中通过破乳的方法成功合成了N掺杂的TiO2/粉煤灰复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)及紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等测试手段对合成的产物进行了表征,测试了光催化材料对罗丹明B可见光催化降解的效果。结果表明,当TiO2与粉煤灰的质量比为1∶1,尿素的添加量为0.5 g时,制备的N-TiO2/粉煤灰光催化剂在可见光下对罗丹明B有很好的降解效果,180 min可以降解96.98%的罗丹明B,且降解过程符合一级动力学模型,循环利用6次仍具有很好的稳定性和重复性。该方法为高附加值资源化粉煤灰提供一种功能化的应用方案,具有良好的应用前景。

关键词：纳米TiO2溶胶破乳法 N掺杂TiO2/粉煤灰可见光降解罗丹明B

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粉煤灰/聚氨酯防滑涂层的制备和性能研究

化工新型材料 2022年第5期50卷 231-234,239页

作者：钱艳峰赖声发胡凯强乔佳乐张甜甜万祥龙安徽理工大学材料科学与工程学院淮南232001

分别对两种固废粉煤灰(FA)和交联聚氨酯(CPU)进行表面改性后再与聚氨酯(PU)乳胶复配的方法制得防滑涂层,该方法充分发挥了复合防滑骨料中FA的刚性和CPU的韧性的协同作用,有望改善防滑涂层的综合性能。结果表明:采用对CPU和FA的分别改性... 详细信息

分别对两种固废粉煤灰(FA)和交联聚氨酯(CPU)进行表面改性后再与聚氨酯(PU)乳胶复配的方法制得防滑涂层,该方法充分发挥了复合防滑骨料中FA的刚性和CPU的韧性的协同作用,有望改善防滑涂层的综合性能。结果表明:采用对CPU和FA的分别改性再复配的方法,当颜基比为1.25,CPU与FA的比例为4∶1时,颜料体积浓度(PVC)接近临界颜料体积浓度(CPVC),此时涂层的摩擦系数达到了0.70,邵氏硬度为60HA,用砂纸摩擦100次后,摩擦系数仍保持在0.69左右。该复合膜具有良好的硬度、耐磨性、防滑性和耐热稳定性,在室温下通过了72h耐水性测试,接触角保持在76.3°。该方法为固体废弃物CPU和FA在防滑领域提供了一种新的应用途径。

关键词：粉煤灰交联聚氨酯颜料体积浓度摩擦系数防滑涂层

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EVA树脂基防水涂层的表面超疏水设计研究

涂料工业 2021年第2期51卷 30-34页

作者：赖声发胡凯强曾飞钱艳峰张甜甜乔佳乐万祥龙安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001

本文选用常见的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液(EVA)作为防水涂层的基料,对其表面进行疏水性设计,考察防水涂层的影响因素。将制备的SiO2颗粒进行有机改性,在EVA表面负载改性的SiO2颗粒形成粗糙结构,接枝三甲氧基硅烷控制材料的润湿性能,达到... 详细信息

本文选用常见的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液(EVA)作为防水涂层的基料,对其表面进行疏水性设计,考察防水涂层的影响因素。将制备的SiO2颗粒进行有机改性,在EVA表面负载改性的SiO2颗粒形成粗糙结构,接枝三甲氧基硅烷控制材料的润湿性能,达到对涂层表面的亲疏水性进行调控的目的。结果表明:制备的SiO2粒径D97为7μm,红外光谱分析表明SiO2有机改性比较成功,SEM测试表明SiO2负载在EVA表面,通过结构和化学亲疏水性设计的EVA膜的接触角达到了172.9°。防水涂层在水中浸泡72 h后,其水接触角仍维持在170°左右,具有很好的疏水稳定性,表现出较好的应用潜力。

关键词： EVA树脂防水涂层 SiO2 改性超疏水

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氧元素的同素异形体

化学教育（中英文） 2021年第22期42卷 1-6页

作者：乔成芳夏正强乔佳乐崔孝炜曹宝月周春生杨奇高胜利陕西省尾矿资源综合利用重点实验室商洛学院化学工程与现代材料学院陕西商洛726000 西北大学化学与材料科学学院陕西西安710079

对氧的同素异形体进行了梳理,简要叙述了“固态O_(2)和四聚氧(O_(4))”的制备、结构与晶型转变。其中固态O_(2)相变涉及的研究较多,在超高压下,固态O_(2)从绝缘体变为金属态;在极低温度下,固态O_(2)又转变为超导体。采用以“相变”为主... 详细信息

对氧的同素异形体进行了梳理,简要叙述了“固态O_(2)和四聚氧(O_(4))”的制备、结构与晶型转变。其中固态O_(2)相变涉及的研究较多,在超高压下,固态O_(2)从绝缘体变为金属态;在极低温度下,固态O_(2)又转变为超导体。采用以“相变”为主线对固态O_(2)的6种晶体学相进行了概述,并简要评述了O_(4)(四聚氧)的结构与性质。

关键词：同素异形体固态O_(2) 四聚氧结构性质