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纳米纤维素材料在重金属废水治理中的应用

材料导报 2023年第6期37卷 210-217页

作者：陶正凯荆肇乾王郑南京林业大学土木工程学院南京210037

纤维素是自然界中来源最广泛的天然高分子材料,近年来引起了能源、环境和材料等领域研究者的广泛关注。结合可再生生物质材料与纳米科技制备的纳米纤维素基重金属吸附材料具有可降解、可再生、环境相容性好、吸附量大、可选择性吸附等优... 详细信息

纤维素是自然界中来源最广泛的天然高分子材料,近年来引起了能源、环境和材料等领域研究者的广泛关注。结合可再生生物质材料与纳米科技制备的纳米纤维素基重金属吸附材料具有可降解、可再生、环境相容性好、吸附量大、可选择性吸附等优势,是重金属治理技术重要的研究方向。然而,天然纳米纤维素在水体中会存在大量由羟基形成的氢键,导致材料的吸附容量降低、特异性吸附能力削弱。为此,一方面可以在制备纳米纤维素吸附材料时通过化学改性、酶化处理等手段引入活性基团或金属氧化物,提高材料分散性、特异性吸附性能和吸附容量等。另一方面,可将纳米纤维素与天然矿物、有机材料、氧化石墨烯等复合,制备高性能复合材料。纳米纤维素材料的化学改性研究相对成熟,但是酶法处理研究仍然处于起步阶段,目前有限的研究主要关注特定酶处理的反应进程及产物,缺乏多重适应性和工程应用性分析。在实际应用中,纳米纤维素除了直接制备粉末吸附剂外,往往制备成凝胶材料、杂化或复合材料等,或者进一步加工成纳滤膜、滤纸和过滤器等净水材料。基于此,本文从制备技术、吸附机理、改性强化和应用形式等角度简要介绍纳米纤维素基重金属吸附材料的最新研究进展,重点讨论纳米纤维素吸附材料的化学改性和酶法处理的改性机理、工艺路径和应用效果,分析纳米纤维素吸附材料的常见应用形式,结合纳米纤维素重金属吸附材料的研究现状展望其在重金属废水治理中的发展趋势,以期为纳米纤维素材料在重金属治理中的应用研究提供参考。

关键词：重金属纳米纤维素吸附材料改性复合材料

圆形CFRP-钢复合管海水海砂珊瑚混凝土柱轴压性能试验研究

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复合材料学报 2022年第8期39卷 3982-3993页

作者：王高飞魏洋缪坤廷董峰辉郑开启南京林业大学土木工程学院南京210037

为了将原状海水海砂珊瑚混凝土更好地直接应用于海洋工程,对12根碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-钢复合管约束海水海砂珊瑚混凝土柱和2根纯钢管约束海水海砂珊瑚混凝土柱进行了单调轴压试验,主要研究参数为钢管径厚比、CFRP层数,得到了... 详细信息

为了将原状海水海砂珊瑚混凝土更好地直接应用于海洋工程,对12根碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-钢复合管约束海水海砂珊瑚混凝土柱和2根纯钢管约束海水海砂珊瑚混凝土柱进行了单调轴压试验,主要研究参数为钢管径厚比、CFRP层数,得到了试件的轴向应力-应变关系曲线。试验结果表明,试件在轴压作用下,最终呈现柱身有明显剪切滑移线的剪切破坏形式;CFRP的约束作用对试件初始截面刚度影响不明显,对试件线性强化阶段刚度影响显著;随着CFRP层数的增加,试件的极限应力和极限应变均显著提高;随着钢管径厚比的减小,试件的力学性能也相应地提高;结合试验数据对已有FRP-钢复合管约束混凝土强度计算模型进行评估。

关键词： CFRP CFRP-钢复合管海水海砂珊瑚混凝土约束轴压力学性能

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正交胶合木新型抗剪及抗拉连接耗能特性试验

同济大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 684-696页

作者：熊海贝武喆陈佳炜同济大学土木工程学院上海200092 南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

连接节点是保证木结构抗震性能的重要因素,节点的耗能能力是衡量其是否适用于抗震区的重要指标。提出了适用于正交胶合木(cross laminated timber,CLT)结构的新型耗能抗剪连接节点和新型耗能抗拉连接节点,为研究该类连接节点的破坏模式... 详细信息

连接节点是保证木结构抗震性能的重要因素,节点的耗能能力是衡量其是否适用于抗震区的重要指标。提出了适用于正交胶合木(cross laminated timber,CLT)结构的新型耗能抗剪连接节点和新型耗能抗拉连接节点,为研究该类连接节点的破坏模式及力学性能,开展了15组低周往复加载试验。试验结果表明,新型耗能连接节点试件延性系数(D)均大于9.0,满足欧洲规范Eurocode 8中对高延性节点D>6的要求,属于高延性范围;新型耗能连接节点工作阶段强度退化系数均低于20%,具备工程适用性;新型耗能连接节点工作阶段等效黏滞阻尼系数为12%~22%,普通商用连接节点等效黏滞阻尼系数为2.5%~15.8%,两类新型耗能连接节点具有较好的耗能能力。

关键词：正交胶合木新型连接节点耗能特性力学性能破坏模式

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不同加载模式下钢管约束重组竹轴压力学行为

复合材料学报 2024年第2期41卷 978-989页

作者：吴凤贻魏洋王高飞林煜丁明珉南京林业大学土木工程学院南京210037

本文将重组竹与钢管复合形成新型钢管约束重组竹。对24个新型钢管约束重组竹圆柱试件进行了轴压试验,研究了钢管厚度和加载方式(全截面与核心加载)对其轴压性能的影响。试验结果表明:外加钢管能够有效地提高结构承载力和变形能力;钢管... 详细信息

本文将重组竹与钢管复合形成新型钢管约束重组竹。对24个新型钢管约束重组竹圆柱试件进行了轴压试验,研究了钢管厚度和加载方式(全截面与核心加载)对其轴压性能的影响。试验结果表明:外加钢管能够有效地提高结构承载力和变形能力;钢管约束重组竹圆柱主要破坏形态为剪切破坏;结构的峰值应力、峰值应变均与钢管厚度呈正相关,随着钢管厚度增加,试件的峰值应力最大增长22.4%,峰值应变最大增长6.1%;核心受压钢管重组竹较全截面受压试件展现了更好的承载潜力和变形能力。根据全截面受压和核心受压的曲线不同,考虑了钢管套箍系数,分别提出了两种加载方式下新型钢管约束重组竹的极限应力、极限应变和峰值应力、峰值应变的预测模型,应力计算模型误差均在10%以内。最后建议了应力-应变全曲线模型,预测了不同加载方式下新型钢管约束重组竹的应力-应变变化规律。

关键词：重组竹钢管约束重组竹加载方式轴压性能计算模型

不同径流冲刷作用下多孔炉渣沥青混合料重金属的浸出特性

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化工进展 2023年第10期42卷 5520-5530页

作者：李晶晶赵曜徐沣驰李康建南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

为明确多孔炉渣沥青混合料作为透水沥青路面结构层材料使用期间发生重金属浸出而污染环境的可能性,本文基于前期研究所得三种粒径炉渣集料用于多孔沥青混合料的最佳方案,针对南京市气温与降雨特征设计了室内模拟实验,研究了不同温度与... 详细信息

为明确多孔炉渣沥青混合料作为透水沥青路面结构层材料使用期间发生重金属浸出而污染环境的可能性,本文基于前期研究所得三种粒径炉渣集料用于多孔沥青混合料的最佳方案,针对南京市气温与降雨特征设计了室内模拟实验,研究了不同温度与不同径流冲刷作用下,多孔炉渣沥青混合料中四种重金属(Pb、Zn、Cu和Cr)的浸出行为,重点探讨了径流冲刷作用对重金属浸出行为的影响机制。结果表明,受浸出时间和径流冲刷速率的影响,多孔炉渣沥青混合料中Pb的浸出水平最高,Cu和Cr次之,Zn最低(未检出)。四种重金属的浸出浓度受径流冲刷速率影响显著,Pb、Cr、Cu的浸出浓度均与径流速率呈显著正相关,冲刷速率越大,重金属浸出浓度越高。温度变化对Cu浸出浓度影响显著,浸出浓度随着温度升高而增加。此外,28d模拟实验中各重金属的浸出浓度均低于标准(GB 5084—2021)限值,且满足GB 3838—2002中Ⅲ类地表水质标准,说明南京市海绵城市建设中使用多孔炉渣沥青混合料环境安全性良好。

关键词：生活垃圾焚烧炉渣集料多孔沥青混合料重金属浸出特性冲刷速率

动荷载作用下三轴试样的体积与全表面变形测量方法

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岩石力学与工程学报 2023年第7期42卷 1811-1820页

作者：何世玉李林陈镇旺沈珂任南京林业大学土木工程学院江苏南京210037

三轴试验过程中的体积和全表面变形对研究岩土体在动、静荷载下的力学特性具有非常重要的意义。提出一个基于动态照片的多相机、多光学介质摄影测量方法来测量动荷载条件下三轴试样的体积和全表面变形。该方法通过多个相机在不同角度同... 详细信息

三轴试验过程中的体积和全表面变形对研究岩土体在动、静荷载下的力学特性具有非常重要的意义。提出一个基于动态照片的多相机、多光学介质摄影测量方法来测量动荷载条件下三轴试样的体积和全表面变形。该方法通过多个相机在不同角度同时拍摄视频来获取体积和变形测量所需的同步动态照片,结合基于动态照片的相机校核结果以及多光学介质摄影测量方法可分析获得动荷载下三轴试样的体积与变形场。基于一个由6台单反相机组成的视频拍摄系统,开展一个标准钢柱和2个非饱和粉土的三轴试验来验证所提出方法的可行性以及评价其体积测量精度和全表面变形测量能力。钢柱试验结果表明该方法能够基于动态照片实现三轴试样体积的精确测量;非饱和粉土的试验结果表明该方法可以实现连续测量动荷载条件下三轴试样的体积和全表面变形。所提出的方法克服了传统动载三轴试验变形测量结果单一的局限性,将多相机、多光学介质摄影测量方法的应用从静载三轴试验推广到了动载条件;连续的体积、全表面变形测量能力为全面、深入研究土体动力特性提供了有力支持。

关键词：土力学动荷载多光学介质摄影测量三轴试验全表面变形

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基于激光表面织构提升钢材与木材间粘接强度

中国表面工程 2024年第1期37卷 216-224页

作者：林宇杰柏亚双徐国林李洪毅西南林业大学土木工程学院昆明650224

胶接钢-木组合构件中,受胶黏剂在钢材表面附着力弱的制约,钢材和木材的粘接强度不高。为改善胶黏剂在钢材上的粘附能力,提出采用激光在钢材表面形成微织构增加胶黏剂与钢材接触面积及嵌入深度。通过单搭接剪切试验,探究织构形状(方形凹... 详细信息

胶接钢-木组合构件中,受胶黏剂在钢材表面附着力弱的制约,钢材和木材的粘接强度不高。为改善胶黏剂在钢材上的粘附能力,提出采用激光在钢材表面形成微织构增加胶黏剂与钢材接触面积及嵌入深度。通过单搭接剪切试验,探究织构形状(方形凹坑、竖向沟槽、横向沟槽)对钢材和木材粘接强度的影响;借助激光共聚焦轮廓仪检测钢材表面粗糙度和织构深度,采用扫描电镜(SEM)观察激光处理后钢材表面形貌特征及断口特征,基于检测数据构建有限元模型,探究织构形状对钢材和木材间胶层应力分布影响;总结钢材表面织构对钢材和木材粘接强度影响规律和机制。结果表明:钢材表面织构能有效提升钢材和木材粘接强度;织构形状对钢材和木材粘接强度起决定性作用;在相同激光设置参数和相同织构设计参数(宽度和间距)下,沟槽织构比方形织构更有利于增加胶黏剂与钢材粘结强度;织构周围存在的激光熔融物有利于提高胶黏剂与钢材粘结强度。研究成果可为提高钢材和木材间粘接强度提供技术支撑,也为织构在胶接型钢-木组合构件中的应用与设计提供新思路。

关键词：激光表面处理微织构粘接强度胶接钢-木组合构件

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不同温度应力路径下饱和黏土剪切特性

岩土力学 2022年第3期43卷 679-687,707页

作者：王海波吕伟华武荘朱文波南京林业大学土木工程学院江苏南京2100371 东南大学土木工程学院江苏南京211189

在精准温控动三轴试验系统上开展了不同温度及不同升温路径饱和黏土剪切试验研究,探讨了不同温度对饱和软黏土不排水剪切特性的影响,分析不同升温固结方式对饱和软黏土孔压发展、体变、强度以及模量的影响规律。试验结果显示:在4~76℃... 详细信息

在精准温控动三轴试验系统上开展了不同温度及不同升温路径饱和黏土剪切试验研究,探讨了不同温度对饱和软黏土不排水剪切特性的影响,分析不同升温固结方式对饱和软黏土孔压发展、体变、强度以及模量的影响规律。试验结果显示:在4~76℃试验研究范围内,环境温度升高导致饱和软黏土的不排水剪切强度有所减少,但温度升高对土体模量增加影响明显,温度T和模量ET关系可用ET=2.69T;表达;升温变化时正常固结黏土产生超孔隙水压力并随着温度增大而增大,升温热固结后土的剪切强度将明显提高,且排水状态下升温固结对土剪切强度增长小于升温完成后再固结情况;土体从26℃分别升高20、40℃时,升温引起的超孔压比分别为0.41、0.61,剪切峰值强度分别增加8.23%、22.37%。研究表明:升温幅值增大会使土体热固结程度越大,升温分级越多,热固结也越充分,其对应的体变、强度增长率则越大;同时最终温度及热固结路径对其剪切相转换特征存在影响,升温越高、热固结路径越多其剪胀性越明显,但温度变化范围、固结分级、热固结路径总体上对孔隙水压力的发展基本不产生影响。

关键词：软黏土温度效应三轴试验剪切特性应力路径

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新型凹凸棒石复合材料制备及其吸附性能

林业工程学报 2023年第5期8卷 167-173页

作者：詹炎培杨平南京林业大学土木工程学院南京210037

有效去除污水中含氮含磷物质并合规排放成为水处理技术领域有待解决的关键课题。以凹凸棒石、沸石、硅藻土及氧化镧为原料制备球状固体复合材料,并对复合材料表面结构及元素含量进行表征,重点研究了复合材料在含氮含磷模拟废水中达到最... 详细信息

有效去除污水中含氮含磷物质并合规排放成为水处理技术领域有待解决的关键课题。以凹凸棒石、沸石、硅藻土及氧化镧为原料制备球状固体复合材料,并对复合材料表面结构及元素含量进行表征,重点研究了复合材料在含氮含磷模拟废水中达到最佳吸附效果的工艺条件。结果表明:新型复合材料的氧化镧最优添加量为1%,选取600℃的煅烧温度。随材料投加量的减少及pH的不断增大,镧改性后的复合材料对氮、磷的去除率整体呈下降趋势。随初始质量浓度由2.0 mg/L增加至10.0 mg/L,氮、磷的去除率变化均呈先增后降趋势,而随环境温度的升高,氮、磷去除率均先降低后升高,复合材料吸附氮磷污染物的最优工艺条件为环境温度25℃,pH取4.0,氮、磷溶液初始质量浓度取5 mg/L,投入复合材料与溶液质量比1∶20。此外,吸附动力学拟合结果表明,复合材料对氮、磷的吸附动力学特性与一级动力学模型吻合。

关键词：凹凸棒石复合材料氧化镧氮磷吸附性能水处理