高岭石荷电性及其在离子输运能量转换体系的应用研究
发布时间：2021-05-21 00:33
黏土矿物以其特殊的层状结构、优异的热稳定性、良好的化学稳定性以及高效的吸附性能被广泛应用在化学、生物学、纳米科学、环境科学和能源等诸多领域。许多天然黏土矿物能够被剥离成二维纳米片层,进而重新组装成各种各样的具有微观层状结构的功能性膜材料。高岭石是一种典型的1:1层型黏土矿物,破坏其层间作用力可以将其剥离,然而传统的插层方法始终未能将其剥离成单片层,极大的限制了高岭石在功能性膜材料领域的应用。再者,由于高岭石硅氧四面体与铝氧八面体具有不同的表面化学活性,其天然的二维异质结构在纳米科学领域的作用亦无法得到最大程度地发挥。因此,为了深度挖掘高岭石结构与表面反应性特征,充分发挥高岭石作为功能材料原料在能源领域应用的优势,本论文在对高岭石的结晶度与荷电性深入剖析的基础上,采用自组装法制备出了二维离子传输高岭石薄膜,研究了薄膜的特性、跨膜离子传输行为以及跨膜能源转换性能,取得如下成果与认识:（1）研究了我国四个典型地区（河北张家口、福建龙岩、山西平朔和安徽淮北）不同成因高岭石的晶体结构与表面特征。通过对比得出以上四个地区高岭石结晶度与表面电势绝对值由高到低的顺序依次为:张家口、平朔、龙岩、淮北,并...
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 黏土矿物
1.1.1 黏土矿物的结构与分类
1.1.2 黏土矿物的剥离
1.1.3 黏土片层的重组装
1.1.4 黏土矿物功能膜的应用
1.2 高岭石
1.2.1 矿产资源特征与分布
1.2.2 成矿作用及成矿模式
1.2.3 高岭石的应用
1.3 选择性离子通道
1.3.1 仿生离子通道研究进展
1.3.2 二维纳米流体系统特性与优势
1.3.3 基于二维纳米孔道隔膜的能量转换
1.4 选题的目的和研究内容
1.4.1 选题的目的和意义
1.4.2 研究内容
1.4.3 创新点
2 高岭石的矿物学特征及荷电性质
2.1 高岭石矿物学特征
2.1.1 化学成分
2.1.2 矿物成分
2.1.3 形貌特征
2.1.4 结构特征
2.2 不同结晶度高岭石荷电性研究
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验仪器
2.2.3 结晶度与Hinckey指数
2.2.4 Hinckey指数与表面电位
2.3 本章小结
3 高岭石的剥离与重组装
3.1 实验材料与仪器
3.1.1 实验材料
3.1.2 实验仪器
3.2 高岭石/二甲基亚砜插层复合物的制备
3.2.1 高岭石/二甲基亚砜插层复合物制备方法
3.2.2 高岭石/二甲基亚砜插层复合物实验分析
3.3 高岭石有机改性
3.3.1 改性方法
3.3.2 化学改性对表面电荷的影响
3.3.3 高岭石分散液表征
3.3.4 纳米片层的形貌
3.4 高岭石薄膜的组装
3.5 高岭石薄膜的理化性质
3.5.1 宏观形貌与微观结构
3.5.2 改性剂对薄膜力学性能的影响
3.5.3 水稳定性测试
3.6 本章小结
4 高岭石薄膜中的离子传输特性及机理
4.1 实验装置与测试
4.1.1 电极的制备
4.1.2 实验测试装置
4.2 离子传输特性
4.2.1 元素分析
4.2.2 离子电导率
4.3 离子传输理论
4.3.1 德拜长度与双电层
4.3.2 纳米孔道中的电动效应
4.4 离子传输机理
4.5 本章小结
5 基于高岭石离子通道的能量转换特性研究
5.1 盐差能-电能转换
5.1.1 实验装置与测试仪器
5.1.2 对比实验材料的制备
5.1.3 渗透电流测试
5.1.4 最大输出功率
5.1.5 盐差能-电能转换效率
5.1.6 膜厚度对渗透发电功率的影响
5.2 机械能-电能转换
5.2.1 实验装置与测试仪器
5.2.2 流动电流测试
5.2.3 机械能-电能转换效率
5.3 原材料成本对比
5.4 高岭石薄膜产能机理
5.5 本章小结
6 结论和展望
6.1 结论
6.2 不足及展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3198714
【文章来源】：中国矿业大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 黏土矿物
1.1.1 黏土矿物的结构与分类
1.1.2 黏土矿物的剥离
1.1.3 黏土片层的重组装
1.1.4 黏土矿物功能膜的应用
1.2 高岭石
1.2.1 矿产资源特征与分布
1.2.2 成矿作用及成矿模式
1.2.3 高岭石的应用
1.3 选择性离子通道
1.3.1 仿生离子通道研究进展
1.3.2 二维纳米流体系统特性与优势
1.3.3 基于二维纳米孔道隔膜的能量转换
1.4 选题的目的和研究内容
1.4.1 选题的目的和意义
1.4.2 研究内容
1.4.3 创新点
2 高岭石的矿物学特征及荷电性质
2.1 高岭石矿物学特征
2.1.1 化学成分
2.1.2 矿物成分
2.1.3 形貌特征
2.1.4 结构特征
2.2 不同结晶度高岭石荷电性研究
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验仪器
2.2.3 结晶度与Hinckey指数
2.2.4 Hinckey指数与表面电位
2.3 本章小结
3 高岭石的剥离与重组装
3.1 实验材料与仪器
3.1.1 实验材料
3.1.2 实验仪器
3.2 高岭石/二甲基亚砜插层复合物的制备
3.2.1 高岭石/二甲基亚砜插层复合物制备方法
3.2.2 高岭石/二甲基亚砜插层复合物实验分析
3.3 高岭石有机改性
3.3.1 改性方法
3.3.2 化学改性对表面电荷的影响
3.3.3 高岭石分散液表征
3.3.4 纳米片层的形貌
3.4 高岭石薄膜的组装
3.5 高岭石薄膜的理化性质
3.5.1 宏观形貌与微观结构
3.5.2 改性剂对薄膜力学性能的影响
3.5.3 水稳定性测试
3.6 本章小结
4 高岭石薄膜中的离子传输特性及机理
4.1 实验装置与测试
4.1.1 电极的制备
4.1.2 实验测试装置
4.2 离子传输特性
4.2.1 元素分析
4.2.2 离子电导率
4.3 离子传输理论
4.3.1 德拜长度与双电层
4.3.2 纳米孔道中的电动效应
4.4 离子传输机理
4.5 本章小结
5 基于高岭石离子通道的能量转换特性研究
5.1 盐差能-电能转换
5.1.1 实验装置与测试仪器
5.1.2 对比实验材料的制备
5.1.3 渗透电流测试
5.1.4 最大输出功率
5.1.5 盐差能-电能转换效率
5.1.6 膜厚度对渗透发电功率的影响
5.2 机械能-电能转换
5.2.1 实验装置与测试仪器
5.2.2 流动电流测试
5.2.3 机械能-电能转换效率
5.3 原材料成本对比
5.4 高岭石薄膜产能机理
5.5 本章小结
6 结论和展望
6.1 结论
6.2 不足及展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3198714
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