【摘要】：海洋貝殼是一種儲量豐富的漁業(yè)廢棄物,同時,又是一種獨一無二的制備二維納米材料的可再生原材料。無論是從環(huán)境保護還是資源利用上,對其回收利用都具有重要意義。目前,海洋貝殼的利用率極低,主要是對其無機組分的利用,對其有機組分用以大規(guī)模綠色的合成具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的二維碳納米篩還鮮有報道。目前國內(nèi)外對二維碳納米篩的相關(guān)研究主要集中在石墨烯納米篩材料上,雖然制備方法種類繁多,但大都存在高耗時、高成本、工藝復(fù)雜和容易造成污染的問題,而且產(chǎn)品往往溶劑分散性較差,因而限制了納米篩的進一步應(yīng)用。本論文通過選用海洋廢棄物貝殼一鮑魚殼為原材料,采用直接熱解的綠色合成方法,實現(xiàn)了具有高分散性的類石墨烯結(jié)構(gòu)的二維碳納米篩的制備,并探究了該碳納米篩在過濾吸附、傳感以及驅(qū)動等領(lǐng)域的應(yīng)用。主要研究內(nèi)容如下:1.基于鮑魚殼珍珠層精妙的“磚泥”結(jié)構(gòu),利用其“泥層”(有機層)作為碳質(zhì)前體,“磚層”(霰石層)則充當(dāng)硬模板,通過直接熱解的方法成功制備了具有類石墨烯結(jié)構(gòu)的二維碳納米篩。通過表征分析,該碳納米篩的面內(nèi)孔是以礦物橋為模板和霰石層的自活化效應(yīng)共同作用產(chǎn)生。最終,合成厚度1 nm,比表面積為378 m2/g,并且含有豐富的O、N和S等雜原子摻雜的碳納米篩。2.將制備的類石墨烯二維碳納米篩分散到多種溶劑,觀察一周得出該碳納米篩在水、乙醇、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺等溶劑中具有很好的分散穩(wěn)定性,繼而將其水分散液在不同基底蘸寫、滴涂或抽濾成多種圖案,均展現(xiàn)出良好的可加工性。再將其水分散液通過真空抽濾成膜用于過濾吸附羅丹明B,該碳納米篩膜展現(xiàn)出高通量過濾和連續(xù)流動吸附,并且通過批量吸附實驗得出該碳納米篩對多種染料的吸附率幾乎都高達(dá)百分之百。還將其分散液滴涂到絲網(wǎng)印刷電極或者涂敷到彈性體和尼龍基底上,該談納米篩膜對微量化學(xué)物質(zhì)、應(yīng)變和濕度的傳感均表現(xiàn)出較廣的檢測范圍和較高的靈敏度。最后,將二維碳納米篩制備的仿生肌肉通過低壓電場刺激,也表現(xiàn)出較大的彎曲驅(qū)動形變并且能夠保持長時間的致動穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TQ914.3;TQ127.11
【圖文】：

逡逑在自然界生命系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)精妙的二維納米材料并不難發(fā)現(xiàn)ｌ２２，８Ｍ２ｌ，例如珍珠逡逑層，如圖１．２，作為一種最自然的生物復(fù)合材料，具有精妙的“磚泥”結(jié)構(gòu)，即通逡逑過在層層連鎖的霰石片（厚度：２００－７００邋ｎｍ）之間插入二維有機層（厚度：２０－４０逡逑ｎｍ）構(gòu)成Ｉ２５，８３，？。其中，二維有機層（主要是蛋白質(zhì)和甲殼素）任意貫穿著礦逡逑物橋圓柱（直徑：２０－５０邋ｎｍ），該礦物橋結(jié)構(gòu)可以將相鄰的霰石片很好地固定。逡逑Ｖ邋＇邐＿＿＿Ｍｉｎｅｒａｌ邋ｌａｙｅｒ邋－ｗ邐ｔ逡逑0丨￣邋＾＾Ｖ＃２０—４０邋圓逡逑Ｍｉｎｅｒａｌ邋ｂｒｉｄｇｅ逡逑圖１．２“磚泥”珍珠層的微觀結(jié)構(gòu)。逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｂｒｉｃｋ－ａｎｄ－ｍｏｒｔａｒ邋ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｎａｃｒｅ．逡逑９逡逑

如Ｈ３Ｐ０４和ＨＮ０３），直到固體樣品反應(yīng)完全，然后再用純水進行多次洗滌，洗逡逑至ｐＨ值？７。之后，樣品經(jīng)冷凍干燥，在４５邋Ｈｚ條件下超聲３０邋ｍｉｎ可以在溶劑逡逑中重新分散，即得到碳納米篩的分散液，如圖２．１。逡逑Ｍ逡逑？邋Ｃａｌｃｉｎａｔｉｃｍ邐＼邋Ａｃｉｄ邋ｔｒｅａｔｍｅｎｔ邐＾逡逑Ｉ：逡逑Ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｍｅｓｈ邐ｔＥ？７邋－邋１邋ｎｍ逡逑Ｎａｃｒｅ邐ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｉｎｏｒｇａｎｉｃ邋ｌａｙｅｒｓ邐Ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｍｅｓｈ逡逑圖２．１碳納米篩的合成原理路線．？珍珠層的煅燒；酸解無機層和超聲－剝離碳納米篩逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｐａｔｈｗａｙ邋ｏｆ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｍｅｓｈ邋ｆｒｏｍ邋ｎａｃｒｅ：邋ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｎａｃｒｅ；逡逑ａｃｉｄ－ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇ邋ｉｎｏｒｇａｎｉｃ邋ｌａｙｅｒｓ邋ａｎｄ邋ｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ－ｅｘｆｏｌｉａｔｉｎｇ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｍｅｓｈ逡逑為了滿足綠色化學(xué)和可持續(xù)發(fā)展的理念，避免資源浪費，該碳納米篩制備過逡逑程通過調(diào)節(jié)酸的種類可以得到不同的酸洗溶液，將該溶液直接通過蒸發(fā)結(jié)晶的方逡逑式便可以得到多種鈣鹽副產(chǎn)品（例如，Ｃａ（Ｎ０３）２，ＣａＣｂ和ＣａＨＰ０４／Ｃａ３（Ｐ0４）２），逡逑如圖２．２

２．３碳納米篩的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)表征逡逑根據(jù)ＴＧＡ和ＴＥＭ可以得出，碳納米篩的形貌與鍛燒溫度密切相關(guān)，在惰逡逑性氣體氛圍保護下低于４５０邋°Ｃ（圖２．３，第Ｉ部分），鮑魚殼的重量損失只有４．４％，逡逑與結(jié)合水的脫除和有機組分的開始熱分解相對應(yīng)（如：蛋白質(zhì)和甲殼素）。大于逡逑６５０邋°Ｃ邋（圖２．３，第ＩＩＩ部分），重量損失高達(dá)４２．７°／。是由于ＣａＣ０３的熱分解產(chǎn)生逡逑的（方程式２－１），邋Ｃ被Ｃ０２活化，因此導(dǎo)致碳?xì)饣ǚ匠淌剑玻玻╁澹郏福叮�。在４５０－６５０�?#176;Ｃ逡逑（圖２．３，第ｎ部分）中，重量損失穩(wěn)定在ｌｗｔ．％，對應(yīng)霰石到方解石的相轉(zhuǎn)化逡逑和有機組分的碳化過程。因此，對碳納米篩的合成溫度進行了系統(tǒng)地研宄。逡逑ＣａＣ０３邋＝邋ＣａＯ＋邋Ｃ０２邋Ｔ邐（２－１）逡逑Ｃ０２邋＋邋Ｃ＝邋ＣＯ邐（２－２）逡逑１６逡逑

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本文編號：2772547