国家级大学生创新创业训练计划项目中期检查书

本文格式为Word版下载后可任意编辑和复制第第页国家级大学生创新创业训练计划项目中期检查书

编号：

哈尔滨工业高校

高校生创新创业训练方案项目中期检查报告

项目名称：

项目级别：（国家级、校级）

哈尔滨工业高校本科生院

填表日期：2022年11月15日

指导老师：徐用军职称：教授联系电话子邮箱：

联系电话子邮箱：院系及专业：化工学院化学工艺

执行时间：年月至年月负责人：梁彩云

学号：

一、课题组成员：（包括项目负责人、按挨次）

二、指导老师意见：

三、专家组意见：

四、项目讨论中期报告

1、项目简介（300-500字左右）

本项目主要讨论多壁碳纳米管(MWCNT)/Fe3O4多孔海绵结构材料的制备及孔径大小的调控途径，实现不同形貌的MWCNT/Fe3O4多孔海绵可掌握备。

具有选择透过性的多孔材料将成为化学工业新一代分别系统的首选材料,还可用作能源工业中的热气体过滤器,多种环境净化技术中的分别介质和隐身技术中的电磁波吸波材料。此外，多孔材料还是优良的电极材料、高效优良的隔热材料。但是目前比较广泛采纳的碳体系制备的多孔材料组分比较单一，导致许多多孔材料功能单一。

基于上述状况，本课题以附载有四氧化三铁的碳纳米管多功能复合材料为前驱体，通过溶胶凝胶的方法使其凝胶化，再用PVA交联以增加其骨架结构，在超临界条件下干燥得到可反复压缩的MWCNT/Fe3O4多孔海绵状材料，并对其孔径可调的性能进行测试评估。

2、立项背景（讨论现状、趋势、讨论意义等，400字左右）

多孔材料是当前材料科学中进展较为快速的一种材料,特殊是孔径在纳米量级的多孔材料,孔径的可调性拓宽了多孔材料的应用范围具有很多独特的性质和较强的应用。

目前初步确立了以下十个方面作为多孔材料在工业生产上的可能应用:1.高效气体分别膜；2化学过程的催化膜;3.高速电子系统的衬底材料;4光学通讯材料的先驱体；5.高效隔热材料;6.燃料电池的多孔电极;7.吸波隐身材料;8.燃料(包括自然 气和氢气)的存储介质;9.环境净化的选择汲取剂;10.可重复使用的特别(HEPA-型)过滤装置。

目前多孔材料体系主要有：碳体系、氧化铝体系、二氧化硅体系，其中碳体系是应用比较广泛的。多孔碳材料的石墨化程度，也就是导电性，对其电化学性能具有特别大的影响，将多孔碳进行高温处理，可以有效地提高其电化学性能。多孔碳材料作为催化剂载体时，其大的孔径为很多尺寸较大分子的催化反应供应了优良的反应场所;其尺寸均一的纳米孔道在一些大分子的催化反应中显示了明显的空间限制效应;其优秀的化学和物理稳定性，使其比氧化硅、氧化铝具有更广泛的应用范围。

但是常用的碳体系结构比较单一，制备出来的功能比较单一。因此为了进展功能齐全，性能更加优良的多孔材料，我们采纳MWCNT/Fe3O4为基元制备多孔材料。多功能复合材料由于表面负载有Fe3O4因此除了具有碳的电学性能外，还具有磁学性能即超顺磁

性。是良好的催化剂载体。

3、项目方案

3.1MWCNT/Fe3O4单体制备

将肯定比例的多壁碳纳米管（MWCNT）和乙酰丙酮铁（Fe(acac)3）（质量比1:4）及25mL

干燥

三甘醇（TREG）加入250mL的三口圆底烧瓶中，超声波分散20min后，装入如图3.1-1所示回流装置，预先通入氮气（N2）5min，将装备内的空气置换洁净。开通加热器电源，将装置以3℃的速度缓慢升温至沸腾，停止通氮气，保持回流30min。移走加热器，将装置自然冷却至室温。

图3.1-1回流装置示意图

MWCNT/Fe3O4纳米复合材料的分别与纯化：首先向冷却后的反应溶液中加入30mL无水

乙醇（C2H5OH）进行稀释，然后将一超顺磁铁置于烧瓶底部4h，使MWCNT/Fe3O4聚集吸附于在容器的底部，吸管吸掉上清液。然后加入30mL乙酸乙酯进行清洗，超顺磁铁放于烧杯侧面进行磁性分别。最终再用30mL无水乙醇清洗，然后磁分别，将产物中残留的试剂和反应副产物彻底洗净。将产物在40℃下真空干燥，得到黑色固态粉末。试验流程图见图3.1-2。

图3.1-2试验流程图

3.2凝胶的制备

方案一:表面活性剂法

表面活性剂能使水形成粘性液体，通常当浓度大于临界胶束时，形成球状胶束，当浓度更高时，形成棒状胶束。本试验中采纳NaDBS作为表面活性剂。流程图见图3.2-1

图

3.2-1表面活性剂法制凝胶流程图

方案二:用琼脂糖制备凝胶

琼脂糖是由1,3连接的β-D-毗喃半乳糖和1,4连接的3,6-脱水α-L-毗喃半乳糖残基交替连接形成线性多糖，在加热时可以形成匀称的溶液,为单独的多糖大分子链，当温度降低时先形成双螺旋,然后聚集成胶束，在形成凝胶的过程中,两条单独的多糖链在氢键的作用下先形成平行的双螺旋结构,这些双螺旋通过氢键和疏水作用聚集形成具有有序结构的胶束,胶束之间形成五角形的孔,孔的大小与胶束浓度即琼脂糖浓度成反比。

水浴加热100C20min，冷却静置

图3.2-2用琼脂糖制备凝胶