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DCMC/PEI涂层改性PVDF超滤膜的分离和抗污染性能研究

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膜科学与技术 2024年

作者：王茜蕙刘俊良张干伟黄逸轩江苏省分离净化材料与技术工程研究中心苏州科技大学环境科学与工程学院

为了减轻膜污染和提高膜的分离性能，采用一步沉积法将双醛羧甲基纤维素(DCMC)和聚乙烯亚胺(PEI)涂覆在聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的表面。DCMC上的醛基可以和PEI上的氨基在膜表面发生席夫碱反应，形成化学交联。与纯PVDF膜相比，DCMC/PEI... 详细信息

为了减轻膜污染和提高膜的分离性能，采用一步沉积法将双醛羧甲基纤维素(DCMC)和聚乙烯亚胺(PEI)涂覆在聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜的表面。DCMC上的醛基可以和PEI上的氨基在膜表面发生席夫碱反应，形成化学交联。与纯PVDF膜相比，DCMC/PEI涂层改性膜具有更高的亲水性(水接触角＜40°)和收缩的孔径(平均孔径≈20.32nm)。以腐植酸(HA）、牛血清白蛋白(BSA)和海藻酸钠(SA)为代表，研究DCMC/PEI涂层改性膜的分离和抗污染性能。涂层膜对HA、BSA和SA具有超过93%的截留率和通量恢复率(FRR)，相比原PVDF膜提升了38%。这种兼具高分离和抗污染性能的纤维素涂层膜，为废水净化提供了新的思路。

关键词： PVDF超滤膜涂层双醛羧甲基纤维素聚乙烯亚胺天然有机物抗污染

多肽功能化亲和微球的制备与线粒体高选择性分离分析

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色谱 2024年第6期42卷 555-563页

作者：陈建徐坤高涵赵睿黄嫣嫣北京分子科学国家研究中心中国科学院化学研究所中国科学院活体分析化学重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

线粒体作为细胞物质和能量代谢的主要细胞器,在维持细胞生理稳态中发挥关键作用,进而与诸多疾病的发生发展密切相关。从高度复杂的细胞组分中特异性分离分析线粒体,对于其功能解析、分子机制研究和化学干预具有重要意义,但仍存在困难与... 详细信息

线粒体作为细胞物质和能量代谢的主要细胞器,在维持细胞生理稳态中发挥关键作用,进而与诸多疾病的发生发展密切相关。从高度复杂的细胞组分中特异性分离分析线粒体,对于其功能解析、分子机制研究和化学干预具有重要意义,但仍存在困难与挑战。本研究以靶向多肽为识别元件,开展了线粒体亲和分离新材料的设计、合成和分析应用研究。以与线粒体膜具有特异性相互作用的线粒体穿透肽(mitochondrial penetrating peptide,MPP)为识别元件,通过引入空间手臂分子,设计合成了多肽亲和配基。以表面富含醛基的聚合物基质微球(matrix beads,MB)为亲和基质,建立了基于胺甲基化反应的多肽功能化亲和微球制备方法,该方法具有修饰反应条件温和、配基修饰效率高的特点。将所构建的亲和微球MB@MPP用于细胞破碎液中线粒体的直接分离,实现了完整线粒体的快速、高选择性和无损捕获。与商品化分离试剂盒相比,MB@MPP捕获的线粒体中标志蛋白富集效率更高,纯度更好。基于多肽功能化微球对线粒体高选择性分离能力,以线粒体代谢所需关键辅酶的前体小分子色氨酸和核黄素为目标,进一步建立了基于液相色谱-串联质谱的线粒体中活性小分子的分析检测方法,实现了激酶激动剂刺激前后线粒体中活性小分子含量及其动态变化分析,为线粒体功能解析和相关疾病分子机制研究提供了方法基础。

关键词：多肽亲和识别分离材料线粒体复杂体系液相色谱-串联质谱

氮掺杂生物炭负载CuS活化过二硫酸盐去除水中橙黄G

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中国环境科学 2024年

作者：陈思良孙雯洪耀良江苏省分离净化材料与技术工程研究中心江苏省水处理技术与材料协同创新中心苏州科技大学环境科学与工程学院

以小麦秸秆和尿素为原料，通过热解-共沉淀法制备氮掺杂生物炭负载CuS的复合材料(CuS@NBC)，采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、全自动比表面及孔隙率分析仪(BET)等手段对CuS@NBC的理化性质... 详细信息

以小麦秸秆和尿素为原料，通过热解-共沉淀法制备氮掺杂生物炭负载CuS的复合材料(CuS@NBC)，采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、全自动比表面及孔隙率分析仪(BET)等手段对CuS@NBC的理化性质进行分析，并将其用于活化过二硫酸盐(PDS)以降解水中的偶氮染料橙黄G(OG)，探究PDS浓度、CuS@NBC浓度和初始pH值等反应条件对OG去除效果的影响，以及CuS@NBC的循环利用性能.结果表明在OG浓度为50 mg/L， CuS@NBC浓度为0.2 g/L， PDS浓度为4 mmol/L时， OG的去除率和矿化率分别为99.16%和36.79%; 在初始pH值为5-9范围内OG具有良好的去除效果; CuS@NBC在循环使用五次后， OG的去除率仍有75.92%. 通过自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)光谱测试结果表明CuS@NBC/PDS体系中主要活性氧为O2·-和1O2. X射线光电子能谱仪(XPS)分析结果表明， CuS@NBC表面的Cu+、C=O、-COOH和石墨氮是活化PDS的主要活性位点. 离子共存实验表明，Cl-对OG的去除具有促进作用， NO3-对OG的去除几乎没有影响，而HCO3-和HA对OG的去除具有显著的抑制作用. 此外，结合实验结果提出CuS@NBC/ PDS体系可能的活化机制.

关键词：生物炭氮掺杂 CuS 橙黄G 过二硫酸盐

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基于压电声子晶体板波声场的微粒操控

物理学报 2024年第7期73卷 218-223页

作者：王俊蔡飞燕张汝钧李永川周伟李飞邓科郑海荣吉首大学物理系吉首416000 中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心深圳518055 医学成像科学与技术系统中国科学院重点实验室深圳518055

声镊可以非接触、无损伤地操控微粒,在细胞分离、组织工程、材料组装等领域具有广阔的应用前景.近期有研究利用声人工结构调控声场提升声镊性能,然而,与换能器分离的人工结构导致声镊装置复杂且操控现象不太稳定.本文基于压电声子晶体... 详细信息

声镊可以非接触、无损伤地操控微粒,在细胞分离、组织工程、材料组装等领域具有广阔的应用前景.近期有研究利用声人工结构调控声场提升声镊性能,然而,与换能器分离的人工结构导致声镊装置复杂且操控现象不太稳定.本文基于压电声子晶体板调制声场实现对微粒的灵活操控,其主要机制是由压电陶瓷片构成的压电声子晶体板可激发A0模式Lamb波模式和共振周期声场模式,板上微粒在这两个模式中分别受到平行于板面的声停驻力和垂直于板面的声捕获力或声悬浮力,从而实现排列、捕获、悬浮等多种模式的灵活操控.由于压电声子晶体板整合了换能器与声人工结构,该器件为研究高精度、低能耗、紧凑型声镊技术提供了物理基础和实验验证.

关键词：压电声子晶体声辐射力声镊微粒操控

C包覆Ni磁性载体负载Pt催化硝基苯加氢性能

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金属学报 2024年第8期60卷 1141-1149页

作者：武逸司阳黄彦民刁江勇孟繁敬刘增刘洪阳中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016 沧州大化股份有限公司河北省改性异氰酸酯技术创新中心沧州061000

苯胺是一种重要的基础化工原料,在医药、染料、橡胶等领域被广泛应用。以硝基苯为原料通过液相催化加氢制备苯胺是目前主要工业生产方法之一,然而,如何从液相加氢反应体系中将催化剂高效分离和回收仍然是该领域的一个重要挑战。本工作... 详细信息

苯胺是一种重要的基础化工原料,在医药、染料、橡胶等领域被广泛应用。以硝基苯为原料通过液相催化加氢制备苯胺是目前主要工业生产方法之一,然而,如何从液相加氢反应体系中将催化剂高效分离和回收仍然是该领域的一个重要挑战。本工作开发了一种具有磁可分的C包覆Ni磁性载体负载Pt金属催化剂,用于高效催化硝基苯加氢制苯胺。以乙二胺四乙酸和Ni(OH)_(2)为原料成功合成了N掺杂石墨烯包覆Ni纳米颗粒磁性载体(Ni@NG),采用沉积-沉淀法制备Ni@NG负载Pt金属催化剂(Pt/Ni@NG),通过Raman光谱、TEM、XRD和XPS对制备的Pt/Ni@NG催化剂进行结构表征。结果表明,这种Ni@NG载体具有典型的核壳结构(纳米Ni颗粒为核,石墨烯为壳层)。XPS结果表明Ni@NG载体表面N掺杂石墨烯壳含有3.64%N (原子分数)。当Pt负载量(质量分数)从0.1%增加到0.5%时,Pt在石墨烯壳层表面的分散状态经历了单原子、团簇、颗粒的转变过程。当Pt负载量为0.3%时,以Pt团簇形式分散为主的Pt/Ni@NG催化硝基苯加氢显示出最高的活性,在反应压力为1 MPa和反应温度为30℃时,硝基苯加氢的周转频率为27239.2 h^(-1),硝基苯在60 min内完全转化为苯胺。此外,由于Pt/Ni@NG催化剂具有优异的液相磁可分性能,催化剂经5 cyc使用后加氢活性未明显降低。

关键词：核壳结构硝基苯加氢磁可分载体 N掺杂C材料

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基于压电响应的石墨相氮化碳材料的抗菌性能

过程工程学报 2024年

作者：马文峻王笑泽张婧坤陈运法中国科学院过程工程研究所介科学与工程国家重点实验室中国科学院化学工程学院中国科学院材料科学与光电子工程研究中心

二维石墨相碳氮化物(g-C3N4)因具有规则分布的非中心对称孔，可以产生压电响应而在抗菌领域得到了广泛关注。本研究设计制备了两种含氧官能团包括羟基和羧基化的二维g-C3N4材料。研究表明，含氧官能团改性后g-C3N4的结构保持较好。PFM... 详细信息

二维石墨相碳氮化物(g-C3N4)因具有规则分布的非中心对称孔，可以产生压电响应而在抗菌领域得到了广泛关注。本研究设计制备了两种含氧官能团包括羟基和羧基化的二维g-C3N4材料。研究表明，含氧官能团改性后g-C3N4的结构保持较好。PFM证实了这些复合材料具有不均匀的表面电位分布且羟基化和羧基化材料压电性能均有显著提高。活性氧物种测试结果显示羧基化材料表现出了较强的超氧阴离子(·O2-)信号但是羟基化材料并未表现出自由基信号。这可能是由于羧基基团具有比羟基更强的吸电子能力，在压电场下促进了电子-空穴对的分离并增强了材料俘获电子的能力，俘获的电子再还原周围的吸附氧产生了大量·O2-。体外抗菌测试显示，·O2-诱导的氧化应激与物理切割相结合，对大肠杆菌的抗菌率达到了5log (99.9999%)，对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到了4log (99.99%)，超过了纯相g-C3N4和羟基化g-C3N4。这些发现突出了含氧官能团改性gC3N4材料的抗菌潜力，可作为光限制环境中有希望的候选抗菌材料。

关键词： g-C N 抗菌材料活性氧大肠杆菌金黄色葡萄球菌压电响应

具有烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜的制备与表征

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化工进展 2024年第4期43卷 1962-1971页

作者：朱泰忠张良黄泽权罗伶萍黄菲薛立新浙江工业大学化工学院膜分离与水科学技术中心浙江杭州310014 温州大学化学与材料工程学院浙江温州325035

磷酸(PA)掺杂聚苯并咪唑(PBI)以其优异的热化学稳定性和高玻璃化转变温度成为高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)的首选材料。然而,由于低温下磷酸较弱的解离度和传递速率,导致膜的质子传导性能不佳,电池冷启动困难。因此,研发可在宽温... 详细信息

磷酸(PA)掺杂聚苯并咪唑(PBI)以其优异的热化学稳定性和高玻璃化转变温度成为高温质子交换膜燃料电池(HT-PEMFCs)的首选材料。然而,由于低温下磷酸较弱的解离度和传递速率,导致膜的质子传导性能不佳,电池冷启动困难。因此,研发可在宽温湿度范围内高效运行的高温质子交换膜成为当前挑战。特别是拓宽其低温运行窗口、实现冷启动对这类质子交换膜燃料电池在新能源汽车领域的实际应用具有重要意义。本文通过多聚磷酸溶胶凝胶工艺与内酯开环反应设计并合成了一系列磷酸掺杂的具有柔性烷基磺酸侧链的凝胶型聚苯并咪唑质子交换膜。重点探究了烷基磺酸的引入以及侧链长度对磷酸掺杂水平、不同温湿度下的质子传导率及稳定性的影响规律。研究结果表明,所制备的质子交换膜具有凝胶型自组装片层堆叠的多孔结构,有利于吸收大量磷酸并提供质子快速传输通道。其中,PA/PS-PBI展现出了在宽温域范围内均优于目前所报道的其他工作的质子传导性能。特别是常温下,其质子传导率从原膜的0.0286S/cm提升至0.0694S/cm。80℃下,其质子传导率从原膜的0.1117S/cm提升至0.1619S/cm。200℃下,其质子传导率从原膜的0.2609S/cm提升至0.3578S/cm。此外,该膜在80℃和0%相对湿度(RH)条件下仍可具有与Nafion膜在100%RH时相当的质子传导率,为打破质子交换膜经典定义、实现宽温域(25~240℃)运行提供新的方案。

关键词：燃料电池凝胶聚苯并咪唑膜质子传导率

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基于十水硫酸钠的个体防护材料的制备及性能

材料导报 2024年第3期38卷 48-52页

作者：赵荣韩子夜吴飞翔刘太奇李谭秋北京石油化工学院环境材料研究中心北京102617 中国航天科研训练中心北京100094

新冠病毒的爆发使得人们对医用防护服的性能提出了更高的要求:隔离病毒并确保密闭空间人体舒适。人们试图用基于十水硫酸钠的相变材料来调节个体防护服的温度,但是其配方中含有危险品硼酸,并存在相分离、过冷等现象,限制了其实际应用。... 详细信息

新冠病毒的爆发使得人们对医用防护服的性能提出了更高的要求:隔离病毒并确保密闭空间人体舒适。人们试图用基于十水硫酸钠的相变材料来调节个体防护服的温度,但是其配方中含有危险品硼酸,并存在相分离、过冷等现象,限制了其实际应用。采用纳米二氧化硅和硼砂两种不同类型的成核剂,成功制备出不含硼酸的过冷度低、热性能稳定、可用于调节人体温度的个体防护材料,并研究了用DSC测试该材料相变潜热的方法。实验结果表明,纳米二氧化硅有效降低了十水硫酸钠的过冷度,个体防护材料的潜热足以用于制造防护服。当纳米二氧化硅添加量为3%时,个体防护材料的潜热为179 J/g,相变温度为16℃,过冷度仅为0.7℃;DSC测试该防护材料热性能的最佳条件为:样品质量为30 mg,制样温度维持在0℃,氮气压力为0.1 MPa。使用该防护材料制备的个体防护背心测试结果表明:防护背心4 h内可保持在26℃范围中,6 h保持在29℃范围内。

关键词：十水硫酸钠个体防护相变材料成核剂二氧化硅

特殊浸润性多孔膜及其在膜蒸馏中的抗污染特性研究进展

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化工进展 2024年

作者：刘大朋郑俊芝周学良张干伟沈舒苏洪耀良苏州市纤维检验院苏州科技大学江苏省分离净化材料与技术工程研究中心苏州科技大学环境科学与工程学院

膜蒸馏技术在高盐度废水处理、高价值盐分收回和高纯度水资源汲取等领域具有广阔的应用空间。目前，膜蒸馏技术尚未被大规模推广应用，究其原因是多方面的，其中膜污染问题尤为突出，而特殊浸润性膜表面的构筑是公认的缓解膜污染问题的... 详细信息

膜蒸馏技术在高盐度废水处理、高价值盐分收回和高纯度水资源汲取等领域具有广阔的应用空间。目前，膜蒸馏技术尚未被大规模推广应用，究其原因是多方面的，其中膜污染问题尤为突出，而特殊浸润性膜表面的构筑是公认的缓解膜污染问题的有效途径。因此，本文主要从特殊浸润性表面理论模型、膜制备和膜抗污染特性等几个方面，综述了特殊浸润性多孔膜在膜蒸馏中的抗污染特性研究进展。首先，简单介绍了膜蒸馏技术和膜蒸馏操作中的膜污染类型、过程，比较了近五年膜蒸馏与膜污染相关研究热点和发文量；其次，基于Young模型、Wenzel模型和Cassie-Baster模型系统阐述了特殊浸润性表面的构筑原则，举例说明了特殊浸润性多孔膜的设计制备及其抗污染特性；最后，提出特殊浸润性多孔膜应用于抗污染膜蒸馏尚存在的困难和挑战，包括制备工艺较复杂、微纳米结构较脆弱、低表面能材料较单一、评价标准不统一等。低毒、低成本、广谱抗污染、耐酸碱等特殊浸润性多孔膜的开发将成为重点研究方向。

关键词：膜蒸馏特殊浸润性膜污染超疏水膜结垢