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关键词： 分散染料   分子结构   涤氨织物   π-π作用能  

摘要： 讨论了分散染料分子结构对涤氨织物上染性能的影响。结果表明:与普通偶氮、蒽醌和羧酸酯结构分散染料相比,噻吩、吡啶酮、苯并二呋喃酮和苯并噻吩酮结构具有较高的始染温度和较低的移染度。将分子平面性好的杂环结构引入染料中,能大大提高染料与染料间π-π堆积作用能。pH值对噻吩、吡啶酮、苯并二呋喃酮和羧酸酯结构分散染料影响较大。苯并二呋喃酮和苯并噻吩酮结构分散染料对氨纶纤维的上染量低,羧酸酯和吡啶酮结构分散染料染色后进行碱性清洗能明显降低染料在氨纶纤维上的得色。

关键词： 阳离子染料   表面活性剂   匀染性   移染性   超仿棉  

摘要： 探讨不同结构的表面活性剂,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、苄基三乙基氯化铵(TEBAC)、DP-9993、扩散剂MF、平平加O等,对SD型阳离子艳红SD-5GN滤饼上染超仿棉的影响;探讨不同的复配比例对染料上染过程和移染性的影响。结果表明,当TEBAC、MF、平平加O以2∶0.5∶0.2比例复配用于超仿棉阳离子染料染色时,可显著提高染色均匀性。

关键词： 活性染料   聚苯乙烯   胶体微球   结构色   蚕丝织物  

摘要： 为提高纺织品结构生色光子晶体的色彩饱和度,通过静电吸附将黑色活性染料引入带正电聚苯乙烯(PSt)胶体微球表面,制备了一种外表面吸附染料型PSt结构基元(活性染料/PSt微球),采用数码喷印方式在桑蚕丝织物上构建结构生色光子晶体。研究了染料在PSt胶体微球表面的吸附条件和吸附模型,对活性染料/PSt微球的结构形貌及所得光子晶体的排列和结构生色效果进行表征。结果表明:PSt微球表面染料的吸附量随时间、温度和染料用量的增大而增大;该吸附模型符合Langmuir型;活性染料/PSt微球具有典型的核壳结构,微球粒径较吸附前略有增大;白色蚕丝织物表面所构建的活性染料/PSt光子晶体生色结构,微球排列规整有序,呈现鲜艳明亮的结构色。

关键词： 菌糠生物炭   阳离子染料   吸附动力学   吸附等温线   吸附机理  

摘要： 随着工业化和城市化的快速发展,有机染料被广泛应用于纺织、塑料、皮革、纤维、油漆以及化妆品等行业,其通常以有色废水的形式被排放,造成了严重的水体污染。生物炭作为一种多孔富碳产物,主要由生物质原料热解而成,具有来源广泛、廉价、加工简单、环境友好等优点,其在去除有机染料、抗生素以及重金属等方面具有极大的实际应用潜力。我国是世界上最大的食用菌生产国,随之也产生了大量的废弃菌糠,其逐渐成为了主要的城市垃圾之一。然而,当前菌糠除少量被重新回收利用外,大多被露天堆放或焚烧处理,不但造成了环境污染,而且也浪费了资源。因此,为了实现对废弃菌糠的资源化利用以及有效处理印染废水,本研究选用灵芝菌糠、香菇菌糠和木耳菌糠作为生物质原料,在不同热解温度（350℃、550℃和750℃）下制备菌糠生物炭吸附剂（BC350、BC550、BC750）,处理含有孔雀石绿（MG）、番红花红T（ST）和亚甲基蓝（MB）的有色废水,考察了不同初始p H值、吸附时间、初始浓度对菌糠生物炭吸附MG、ST和MB的影响,讨论了吸附动力学及等温吸附特性。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）等技术对菌糠生物炭进行表征,探究吸附机理。研究结果表明:（1）不同热解温度下制备的菌糠生物炭的理化性质差异较大。热解温度越高,生物炭的产率越低,p H值及灰分含量明显增加,含氧官能团数量有所减少。C含量随热解温度升高而增加,而N、H、O含量均随热解温度的升高而减少。750℃热解温度下制备的菌糠生物炭拥有更多的微孔结构与更大的比表面积,且携带大量的负电荷,芳香化程度最高,有利于吸附阳离子染料MG、ST和MB。（2）批量吸附试验表明,MG的平衡吸附量随溶液p H值的升高而增大,ST的平衡吸附量呈现相反趋势,而MB的平衡吸附量几乎不随p H变化而变化。菌糠生物炭对MG、ST和MB的吸附分别在8 h、4 h和4 h基本达到平衡。菌糠生物炭对MG的吸附符合准一级动力学模型与Freundlich模型,表明吸附过程以物理吸附为主;对ST、MB的吸附符合准二级动力学模型与Freundlich模型,表明吸附过程以化学吸附为主;与BC350和BC550相比,BC750对三种染料的吸附量更高,经Langmuir模型拟合,GS750、LS750和AS750对MG、ST、MB的最大吸附量分别为8325.16 mg·g-1、3871.48 mg·g-1和26.56 mg·g-1。（3）吸附机理表明,菌糠生物炭对MG、ST和MB的吸附主要为孔隙填充、静电引力、氢键作用和π-π共轭作用。再生试验表明,经过3次连续吸附-解吸循环,菌糠生物炭对MG、ST和MB仍有较好的吸附性能。综上所述,由灵芝菌糠、香菇菌糠和木耳菌糠制备的生物炭具有一定的吸附潜力,且在所有生物炭中,BC750因其具有较大的比表面积和高碳酸钙含量而表现出最佳的吸附性能,可作为一种经济高效的吸附材料应用到以MG、ST和MB为代表的阳离子染料污染的水体中。

关键词： 二氧化硅   结构色   光子晶体   光催化  

摘要： 近年来,对各种污染物的快速有效治理一直是热门研究方向,其中以有机染料的降解问题尤为突出。有机染料成分复杂难以降解且毒性大,在严重破坏生态环境平衡的同时也对我们的身心健康造成极大危害。针对上述问题,本文从追本溯源和污染治理两个角度提出如下研究思路:一方面,可控制备绿色环保的二氧化硅(SiO2)微球,构筑结构色材料以代替传统的颜料、染料等色素,从根源上遏制染料污染的产生;另一方面,对上述微球进行包覆改性,利用光催化技术降解现已产生的染料污染物。为获得高质量单分散的纳米SiO2微球,对传统的Stober法进行改进,采用前驱体两步滴加法和差速离心法,以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,氨水(NH3·H2O)为催化剂,乙醇为分散剂,在较短时间内制备出纯相的非晶态纳米SiO2,其具有粒径均一、分散性良好、球度高、表面光滑的特点。研究发现,在一定范围内,随着前驱体用量的增加,反应温度的降低或催化剂浓度的增大,SiO2微球粒径均随之增大,反之则减小。在分散剂的水/乙醇体积比由0:1增加至4:1的过程中,纳米SiO2的粒径减小,分散性变差。因此,可通过改变单一变量或同时改变若干变量来实现对不同粒径SiO2微球的可控制备。以上述制备的不同粒径范围的SiO2微球为基元,合成得到不同结构色的光子晶体。研究发现,当光子晶体的组成基元粒径增大时,光子带隙的位置会逐渐向长波段方向移动。SEM结果显示,光子晶体内部总体呈现有序的六角排列,但一定缺陷使光子晶体的带隙位置发生偏移。以简化制备工艺和降低成本为目标,本研究采用垂直自组装法和旋涂法制备光子晶体,前者质量明显优于后者。对比两种不同夹心结构的光子晶体,大-小-大结构比小-大-小结构的排列更加平整有序;双尺寸光子晶体的内部缺陷多,结构色质量差,侧面验证了鲜艳结构色的呈现前提是粒径均一的组成基元;高温热处理在一定程度上可以提高结构色的质量,增强薄膜在载玻片上的附着强度。结合不同纳米粒子的特性与功能,基于上述制备的纳米二氧化硅,依次合成 SiO2@Ag、SiO2@Ag@SiO2、SiO2@Ag@TiO2 和 SiO2@Ag@SiO2@TiO2四种核壳结构材料。当AgNO3用量为6 mL时,纳米银(Ag)颗粒在SiO2微球表面包覆状况最佳;当TEOS乙醇溶液用量为500μL、NH3·H2O用量为3 mL时,中间SiO2壳层厚度为20 nm;当钛酸丁酯(TBOT)用量为120μL时,TiO2包覆状况最佳。所合成的纳米Ag为面心立方结构,TiO2为锐钛矿型,合成的核壳结构材料为介孔材料,其比表面积随着壳层的增加而增加,介孔的存在和高比表面积有助于提高材料的光催化性能。其中SiO2@Ag@SiO2@TiO2表现出最佳的光催化活性,能降解90%左右的亚甲基蓝(MB),且具有良好的循环稳定性。

关键词： 亚波长光栅   导模共振   染料激光器   时域有限差分(FDTD)  

摘要： 染料激光器是以某种有机染料溶解于一定溶剂中作为增益介质,采用脉冲或连续光源作为泵浦源的有机激光器。由于染料激光器具有高集成度、高输出功率以及宽调谐范围等特性,因此被广泛应用于农业检测、大气质量检测、医学美容和航空工业等领域。染料激光器多采用周期性的一维或二维衍射谐振腔,以达到出射波长的连续可调谐。基于导模共振效应的亚波长光栅是一种新型的衍射光学元件,具有在宽光谱范围内的高反射效率、高衍射效率以及共振波峰和半高宽可调谐等特性,广泛应用于彩色滤光片和光学传感器等一系列光学元件。当导模共振效应发生时,结构内部的特定区域会产生局域场增强现象,可影响光与物质之间的相互作用,比如上转化发光、量子点发光以及各类型激光器等。本文基于导模共振光栅结构构建了反射式和透射式染料激光器模型,利用共振激发时波导结构内部增强的局域电磁场能量,实现了激光出射增强,具体内容包括:第一,设计了基于双波导层导模共振染料激光器。在基底与光栅之间设计四层薄膜,其折射率由上至下为低-高-低-高,低折射率区域采用聚氨酯混合激光增益材料IR-140,高折射率区域采用五氧化二钽。在合理的结构参数下,可以实现双波长共振激发,将激光染料的吸收和发射波长分别与两个共振激发波长相匹配可实现激光的出射增强。这是因为导模共振效应产生时激光染料附近形成了较强的局域场,降低了光子的群速度,延长了光子与激光增益介质相互作用的时间,增加了激光的出射强度。第二,设计了带有多孔二氧化硅间隔层的导模共振光栅实现了染料激光器发射增强。在导模共振结构的光栅层和基底层之间,引入低折射率的多孔二氧化硅间隔层,显著增强了局域电场与增益介质的接触度。激光器由增益介质层、波导层、低折射率间隔层和基底层构成,其中增益介质选用IR-140染料并溶解于聚氨酯溶剂中,导模共振光栅层为二氧化钛,基底层为石英玻璃。讨论了结构参数对激光出射强度的影响,例如光栅周期和膜层厚度等,得到了激光器的最优结构参数。第三,基于导模共振光栅实现了透射式染料激光器。由具有相同结构参数的上下两层独立平行正对的导模共振光栅和有机染料构成,复合波导结构能实现透射式导模共振效应,获得透射式共振峰。将溶解于聚氨酯溶剂中的有机激光染料置于两个光栅结构中间。每一个导模共振光栅均是由表面光栅、薄膜波导层以及玻璃基底构成。当泵浦源满足阈值工作条件时,在沿着玻璃基板透射方向能实现激光的出射。

关键词： 纳滤膜   界面聚合   单体调控   可见光自清洁   印染废水  

摘要： 纳滤（NF）作为一种新型膜分离技术,具有分离效率高、绿色环保、经济效益好等优点,广泛应用于饮用水净化、污水处理、食品及医药等领域。界面聚合的聚酰胺纳滤膜是商品化纳滤膜的主流产品,然而该纳滤膜在处理高盐印染废水时,存在染料/无机盐无法有效分离、易污染等问题。因此,针对印染废水处理需求,设计开发抗污染、高染料/无机盐的选择分离性聚酰胺纳滤膜,实现高价值染料、无机盐的循环利用,提高纳滤膜的长期应用稳定性,具有重要的实际应用意义。基于上述问题,本研究从聚酰胺纳滤膜选择分离层结构的调控角度入手,通过选择参与界面聚合单体结构和引入具有可见光催化能力的纳米粒子,构建适宜染料/无机盐分离的疏松纳滤膜和具有可见光驱动自清洁纳滤膜,从而提升界面聚合聚酰胺纳滤膜的选择分离性和抗污染性能。主要研究内容如下:（1）界面聚合疏松纳滤膜的设计与构建以亲水性聚醚胺（PEA）为水相单体,通过界面聚合与均苯三甲酰氯（TMC）反应制备聚酰胺纳滤膜（PEA-TMC NFM）。亲水性PEA具有较大的分子尺寸,增加了PEA分子由水相到油相的传质阻力,形成亲水性、疏松聚酰胺膜结构,获得了具有良好的抗污染能力、可实现染料/无机盐的高效分离的界面聚合纳滤膜。本章系统分析了PEA浓度和反应时间对PEA-TMC NFM的化学组成、表面形貌、亲水性、荷电性及分离性能的影响。结果表明:在最优条件下制备的纳滤膜水通量为70.48 L m-2 h-1,对Na2SO4、Mg SO4、Na Cl、Mg Cl2的截留率分别为29.4%、19.2%、15.6%、11.1%。对甲基蓝（MYB）、刚果红（CR）、维多利亚蓝B和活性红195染料的截留率分别为95.98%、95.65%、95.39%、98.3%。在低操作压力（0.4 MPa）下分离0.1g L-1MYB和1 g L-1Na Cl混合液时,水通量为66.4 L m-2h-1,对MYB截留率为95.4%,Na Cl截留率为16.4%,实现有效染料脱盐。同时,PEA-TMC NFM在分离染料/盐混合物连续30 h运行中表现出良好的性能稳定性。（2）可见光自清洁纳滤膜的设计与构建首先,以含氧官能团丰富的柠檬酸为碳源制备碳量子点（CQD）,再通过水热法制备具有可见光催化性能的TiO2/CQD复合纳米粒子（TiO2/CQD NPs）并通过FTIR、XRD、TEM和UV-vis吸收光谱对其进行系统表征。将TiO2/CQD NPs添加到哌嗪（PIP）水相中,通过界面聚合法,制备出具有可见光自清洁能力的高通量纳滤膜(PA-（1-5）)。系统分析了TiO2/CQD NPs的引入对所制备纳滤膜的表面化学结构、组成、表面形貌、亲水性、荷电性及选择分离性、抗污染性和自清洁性能的影响。结果表明:当TiO2/CQD NPs浓度为0.035 wt%时,纳滤膜的性能最优。与初始纳滤膜相比,添加TiO2/CQD NPs的自清洁纳滤膜水通量达到67.22 L m-2h-1,水通量提升约1.8倍,对Na2SO4的截留为96.7%。同时,自清洁纳滤膜对CR和MYB的截留率分别为99.8%、99.1%。通过连续过滤100 ppm MYB溶液72 h后,将纳滤膜片取出在可见光下照射1 h,与未添加TiO2/CQD NPs的纳滤膜相比,自清洁纳滤膜表面蓝色显著消失,该结果证明填充TiO2/CQD NPs的纳滤膜具有良好的可见光自清洁性能。同时在循环-光降解测试过程中,所制备的可见光自清洁纳滤膜水通量可恢复并保持稳定的MYB截留率,证明了优异的稳定性。综上所述,本论文针对印染废水处理的需求,围绕纳滤膜高渗透选择性和抗污染能力这一热点问题,通过遴选界面聚合单体和功能化无机纳米粒子的填充,调控纳滤膜的结构和功能,从而实现纳滤膜性能的优化,阐明了纳滤膜结构-性能之间的关系。本文的研究结果对界面聚合纳滤膜性能的优化提供了一定的借鉴意义。

关键词： 金属-有机框架   含氮杂环羧酸配体   热稳定性   染料吸附   荧光  

摘要： 作为一种新型纳米多孔材料,金属-有机框架(MOFs)的结构丰富多样,且具有可设计和可调控性等特点,近年来受到了科研工作者的广泛关注。MOFs材料的结构特性赋予其众多的功能属性,使得这种材料在气体储存、荧光传感、非均相催化、有机染料吸附以及药物运输等诸多领域表现出优异的性能和巨大的应用潜能。本文选用三足咪唑羧酸配体与过渡金属离子(Zn(Ⅱ),Cd(Ⅱ))进行配位自组装,合成了两例结构新颖的MOFs,对两例MOFs的晶体结构和组份进行了表征。在此基础上,对两例MOFs在有机染料吸附和荧光方面的功能性进行了探究,具体内容如下:1.以4,4',4"-(1H-咪唑-2,4,5-三基)三苯甲酸为配体,过渡金属离子Zn和Cd为金属中心,利用溶剂热方法合成了[Zn3(ITTC)3](Me2NH2)3·3DMF·H2O(1)和[Cd2(ITTC)3](Me2NH2)5·2DMF(2)两例过渡金属-有机框架材料。晶体结构分析表明,配合物1和2均是阴离子型MOFs,具有“三维+三维”的双重互穿插框架结构。其中,1结构中存在开放的一维矩形孔道,孔道尺寸约为31.7 ?×15.6?,具有4节点(3,3,4,5)-连接的拓扑结构,Schl?fli符号为{4.6^2}2{4?2.6^6.8^2}{6^3}{6^5.8};2的结构中存在开放的一维规则六边形孔道,其孔道直径约为34.1?,作为2节点(3,4)-连接的拓扑结构,其Schl?fli符号为{6^3}{6^5.8}。热重结果显示,配合物1和2的分解温度分别为395℃和400℃,表明它们均具有优异的热稳定性。2.基于1和2的阴离子型框架结构特点,对两例MOFs进行了有机染料吸附性能和荧光性能研究。吸附实验表明,在25 ℃,染料溶液浓度为10 mg·L-1,添加5 mg吸附剂(1或2)的条件下,1和2对阳离子有机染料亚甲基蓝均展现出优异的选择性吸附能力。其中,1对亚甲基蓝溶液的吸附在四小时后达到吸附平衡,平衡时的吸附量为Qe=14.88 mg·g-1,对染料的去除率达到96%,利用动力学模型计算1对亚甲基蓝的吸附过程,结果显示其吸附过程符合准二阶动力学吸附模型,相关系数R2为0.9929,表明吸附速率主要受到活性位点的控制。2对亚甲基蓝的吸附在三小时后达到吸附平衡,平衡吸附量为Qe=15.56 mg·g-1,去除率达到99%,计算得出其染料吸附过程同样符合准二阶动力学吸附模型,相关系数R2为0.9986。结果显示,1和2作为一类环境友好的染料吸附剂,可以有效吸附有害的染料分子。荧光测试结果表明,1和2均具有基于配体发射的荧光发光特性。

关键词： 随机激光   PDMS   平面波导   褶皱波导   液晶  

摘要： 随机激光的产生机理不同于传统激光器,其发光特性也存在明显差异。随机激光不需要谐振腔,由随机介质的多重散射提供光学反馈以及增益介质提供的光放大。多重散射可以使光子在增益介质中的光程增加,当增益超过损耗形成随机激光的出射。获得的反馈可以分为非相干反馈和相干反馈。非相干反馈获得的非相干随机激光表现为光谱窄化,强度增加,出现在无序度较低的散射介质中;相干反馈获得的相干随机激光出现在无序度较高的散射介质中,此时光子在经过多次散射之后会形成闭合回路,其光谱上会出现分立的随机尖峰。柔性衬底结构充分利用了聚合物质量轻、耐用性好、可弯曲以及制作简单等特点,有利于实现低阈值、稳定性好的随机激光。本文基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）波导结构,分别研究了PDMS平面波导结构中染料液晶基随机激光的出射特性,以及PDMS褶皱波导结构对染料液晶基随机激光出射特性的影响。首先实现了PDMS平面波导结构中的染料液晶基随机激光的出射。实验中所使用的取向材料为甲基红,偶氮染料甲基红在532nm的偏振光照射后会发生顺反异构,从而锚定表面的液晶分子并使液晶分子最后垂直于取向光束偏振方向排列。液晶分子取向后,由于不同厚度处的折射率差不同,增强了散射效率,由液晶分子的多重散射和波导的限制效应共同提供光学反馈,获得的随机激光的阈值为1.5m J/cm2。随机激光的出射与泵浦区域的大小有关,研究了随机激光的出射强度随泵浦条纹长度的关系,证明了泵浦条纹超过5cm,泵浦区域大于临界增益体积时才能形成随机激光的出射。最后研究了增益层厚度对随机激光阈值的影响,当样品厚度从50μm减小到25μm时,阈值从1.5m J/cm2升高至1.9m J/cm2,当样品厚度从50μm增加到250μm时,阈值逐渐从1.5m J/cm2升高至4.9m J/cm2。样品在50μm时存在最低阈值,由于泵浦效率和散射强度的存在,增益层厚度会对随机激光的阈值产生影响。相比于染料液晶基随机激光器中通常所使用的玻璃或者光纤波导,PDMS是一种可弯曲易加工的弹性材料,在使用PDMS作为柔性衬底的分层的三明治结构中,通过弯曲或者按压可以轻易的改变增益层的厚度,使得通过改变增益层厚度实现对染料液晶基随机激光特性的调控成为可能,因此扩展了染料液晶基随机激光器的应用范围,在生物传感、显示等领域具有潜在的应用。实现了PDMS褶皱波导结构中染料液晶基随机激光的出射,褶皱波导结构中随机激光的多重散射由液晶分子以及带有褶皱微结构的粗糙表面共同提供,最后光子被限制在褶皱波导结构中,产生随机激光出射。其次对比了PDMS褶皱结构与PDMS平面波导结构中随机激光的出射阈值,存在褶皱结构的阈值为0.9m J/cm2,而平面波导结构中的阈值为1.5m J/cm2,褶皱波导结构中阈值发生了较明显的降低。在增益介质存在的相同情况下,PDMS的粗糙表面可以通过多次散射将多更的光子限制在样品中,从而提高散射效率,使得样品的阈值降低。最后通过改变拉伸比与表面氧等离子体处理时间,产生不同的褶皱图案,研究了不同褶皱微结构中随机激光的出射阈值。表面粗糙度会影响散射效率,从而影响随机激光的阈值,随着褶皱表面的粗糙度减小,样品阈值从0.9m J/cm2升高至1.3m J/cm2,较大的粗糙表面支持更加有效的多重散射,导致较高的放大因子,因此更加有利于随机激光的出射,进一步降低染料液晶基随机激光的阈值。相比于复杂的表面微结构加工过程,表面氧等离子体处理简单方便并且产生的褶皱周期可控,有助于扩展染料液晶基随机激光研究范围,展现了其相比于软光刻技术以及对生物表面进行复刻的优越性。基于PDMS褶皱波导结构的染料液晶基随机激光器在照明、传感、集成光学等领域具有潜在的应用。

关键词： 黄豆   多孔结构   亚甲基蓝   吸附性能   动力学  

摘要： 黄豆是我国的原生植物,距今已有3 000年的历史,其对人体的药用价值也已被发现,但是对其结构的认识非常有限。通过对黄豆在一定温度下进行热处理,获得了多孔结构,并利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)对多孔结构进行了表征,并对孔尺寸分布进行了统计分析。结果表明,所制得的多孔结构的平均孔径分布在(0.21±0.05)～(0.43±0.08)μm;经过与金属溶液等的对比实验,发现样品对亚甲基蓝染料水溶液具有吸附能力。此外,还研究了初始pH值和初始浓度对吸附的影响以及吸附的动力学过程、吸附等温线。观察到pH值在弱酸至碱性范围时样品的去除效果很好。实验表明吸附过程中在接触的最初15 min内该材料对染料的去除率在80%以上。此多孔材料对人类友好且方便易得、成本低廉,同时吸附速率快、吸附能力强,是一种非常有前景的环境净化材料。