2024年, 第43卷, 第02期　
刊出日期：2024-04-25

  

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  掺杂BN-OH纳米片的P/PEG@BN-OH同轴纳米纤维的制备及其热性能

  石海峰, 罗建文

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 1-9.

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  为制备高效稳定的相变储热材料，采用同轴静电纺丝技术制备了以聚丙烯腈（PAN）为鞘、聚乙二醇（PEG）与羟基化氮化硼纳米片（BN-OH）为芯的同轴纳米纤维（P/PEG@x BN-OH），并分别通过场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示扫描量热仪、红外热成像仪等手段分析了掺杂不同质量BN-OH纳米片对纤维形貌、热性能、循环稳定性、热能效率及热导率的影响。结果表明：纤维形成了稳定且连续的鞘-芯同轴结构，平均直径介于279～335 nm，而且PEG和BN-OH被包裹在PAN纤维内部，内径大小范围为107～188 nm;P/PEG@x BN-OH纳米纤维显示了优异的相变储热焓值（75～78 J/g）和热稳定性，经100次热循环后PEG无相变渗漏现象；掺杂质量分数为10.0%的BN-OH纳米片可将纤维的热导率提高95%，而且其相变储热和释放率分别提高了67%和154%。
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  高密度聚乙烯三维网状纳微米纤维的强伸性能

  西鹏, 李永康, 程博闻, 夏磊, 舒登坤

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 10-15.

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  为实现高密度聚乙烯三维网状纳微米纤维（PENFs）的自主化规模化生产，以高密度聚乙烯和二氯甲烷为原料，通过高压闪喷纺丝设备成功制备了性能优异的PENFs，采用响应面法对纺丝过程中各工艺参数进行优化，并对其力学性能和耐候性能进行分析。结果表明：PENFs的最佳制备工艺条件为纺丝温度176.3℃、纺丝压力8.6 MPa、纺丝溶液质量分数8.0%，此时制得的PENFs的断裂强度和断裂伸长率分别可达到29.1 cN/dtex和99.9%，优于芳纶和涤纶等常规纤维；定伸长和定载荷条件下，PENFs的弹性回复能力随着拉伸次数和载荷的增加而逐渐降低，拉伸伸长为5%时PENFs纤维的弹性回复率可达到92.8%且拉伸10次后降低至75.5%，拉伸载荷为1.2 N时PENFs纤维的弹性回复率为84.6%；放置在室外20 d内PENFs纤维的强伸性能损失较小，30 d后断裂强度和断裂伸长率明显降低，但纤维外貌并无明显变化。
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  铁离子配位聚丙烯酸基芬顿催化纤维的制备及其性能

  徐乃库, 王敬宏

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 16-21.

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  为改善聚丙烯酸（PAA）纤维的性能，在湿法纺丝过程中基于铁离子配位反应成功制备了可拉伸PAA初生纤维，利用后拉伸以及热定型工艺优化纤维性能，并探究其作为Fenton催化剂在染料废水处理领域的应用。结果表明：相较硫酸铁盐，氯化铁盐配位的PAA纤维具有更为优异的力学性能和尺寸稳定性；后拉伸和热定型工艺可显著提高PAA纤维的力学性能和催化活性，并抑制铁离子的流失，拉伸20倍且在130℃定型的纤维断裂强度为1.42 cN/dtex，与未拉伸纤维相比提高了914.3%，且可在3 min内脱色90%以上的亚甲基蓝（MB），循环使用40次未出现脱色率衰减现象。
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  氯化胆碱改性聚酰胺纳滤膜的制备与分离性能

  陈英波, 苏文轩

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 22-28.

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  为了提高传统聚酰胺纳滤膜的分离性能，利用酰氯与羟基之间的酯化反应将带有正电荷的季铵盐氯化胆碱（CC）引入聚酰胺纳滤膜表面，制备在中性条件下具有近中性荷电性的氯化胆碱/聚酰胺纳滤膜，通过对无机盐的分离测试考察了CC质量分数对薄膜复合（TFC）膜性能的影响。结果表明，当CC质量分数达0.10%时，改性效果最佳，TFC膜对Na_2SO_4、Mg SO_4和Mg Cl_2均具有较高的截留率，具有改善的Mg~(2+)/Li~+分离能力，渗透通量提升了315%。
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  聚醚胺D230对聚偏氟乙烯膜表面亲水改性及其油水分离性能

  李培军, 董林芳, 王明霞, 严峰

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 29-35.

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  针对聚偏氟乙烯（PVDF）油水分离膜普遍存在分离效果差、易受油污染等问题，受破乳剂多支链聚醚的化学结构和水下超疏油生物表面启发，将具有聚氧丙烯链段的聚醚胺D230引入到PVDF膜表面，构建聚醚胺功能化聚偏氟乙烯（PVDF）超滤膜。首先将PVDF与聚苯乙烯马来酸酐（SMA）共混，采用非溶剂致相转化法制备表面富含酸酐基团的SMA/PVDF膜，然后将膜浸泡于聚醚胺D230溶液中，聚醚胺的端胺基与膜表面的酸酐基团进行表面原位接枝，从而将亲水性聚醚链段固载于膜表面，改善膜表面润湿性和抗污染性。探究聚醚胺D230对膜表面的亲水改性效果及改性膜对含油污水的分离性能。结果表明：随着反应时间延长，膜表面D230的接枝率上升，在最优反应时间9 h下，达到接枝率387.8 mg/g;SMA/PVDF膜表面接枝D230后，膜表面的亲水性显著增强，纯水接触角降低至48.5°，水通量从接枝前的30 L/（m2·h）提高至87 L/（m2·h）;D230接枝SMA/PVDF膜表现出水下超疏油特性，其对煤油的水下油接触角达到152°，且对油无黏附性，表现出良好的抗油污性能；D230接枝SMA/PVDF膜对十二烷基硫酸钠（SDS）稳定的煤油/水乳状液具有分离效果，截油率达到99.0%，远高于SMA/PVDF对照膜的60.8%，在油水分离领域具有潜在应用价值。
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  Janus织物的结构设计及其单向导湿性能

  单明景, 安春耕

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 36-42+48.

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  针对传统单向导湿Janus织物制备方法生产效率低、稳定性差等问题，利用存在润湿性差异的莫代尔和涤纶2种纤维构建Janus织物，探究接结点数量、织物组织等结构参数对Janus织物基础性能和单向导湿性能的影响规律。结果表明：莫代尔纤维和涤纶纤维通过机织法可以制备Janus织物；随着接结点数量的增加，织物的单向导湿性能降低；平纹组织的单向导湿效果优于2/2纬重平、2/2斜纹组织；接结点数量为1，两侧均为平纹组织时Janus织物的单向传递指数可达382.72，单向导湿性能相对最优。
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  基于分形原理的球形静电纺丝头建模及其电场仿真

  刘延波, 胡楷, 郝铭, 胡晓东, 杨波

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 43-48.

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  为了提高球形纺丝头表面场强，精确控制射流的发射位点，基于分数维原理发明了一种球分形静电纺丝头，其结构通过在大球表面多次阵列一定数量小球获得，极大提高了小球表面的电荷密度，增大电场强度，在可控发射纺丝流体的同时有效降低纺丝电压，既节省能源又提高纺丝过程安全性。利用有限元软件COMSOL对球分形纺丝头进行了场强数值模拟分析，研究了小球数量（排列方式）和结构尺寸对电场强度及分布的影响，确定了小球数量和半径。结果表明：当大球半径为60 mm、小球半径为2.0 mm时，大球表面可等间距排列49个小球，该球分形纺丝头的场强比球状纺丝头提高了4倍，可在49个小球表面发射至少49个射流，小球间场强干扰低，射流位置固定，可增加电纺膜的均匀性。
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  锂氧电池Ti_2CT_x MXene基催化剂的表面调控

  宋世栋, 殷芳芳, 付月, 赵宁波

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 49-54.

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  为了提高二维材料Ti_2CT_x MXene的催化活性，通过碱处理和热处理等表面处理技术对MXene进行调控，扩大MXene层间距，减少电化学活性差的-F端基，形成以丰富-O端基构成的t-Ti_2CT_x材料，并将其用作锂氧电池氧电极催化剂，研究其对电池性能的影响。结果表明：在100 mA/g电流密度下，t-Ti_2CT_x锂氧电池放电比容量为13 150.2 mA·h/g，放电/充电过电位为0.17/0.65 V，均优于未处理的Ti_2CT_x电池性能。在电流密度为1 000 mA/g、限容为500 mA·h/g条件下，t-Ti_2CT_x电池可稳定循环125次；限容1 000 mA·h/g时可循环105次，且循环过程中放电电压均高于2.5 V，由此说明t-Ti_2CT_x锂氧电池实现了较好的电化学性能。
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  锂离子电池负极材料银纳米线的锂化机制

  刘海辉, 张欣欣

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 55-59.

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  为了探究银纳米线在不同工作电压下的锂化机制，借助原位透射电子显微镜的高分辨技术和电子衍射技术，研究了在不同的工作电压条件下，银纳米线在锂化过程中的相变过程和形貌变化。结果表明：金属银用于电池负极材料时，其工作电压对电极材料的活性有较大影响；银在低工作电压下的储锂量大，电极材料不易失效；当工作电压为-1 V时，Ag纳米线在储存锂离子过程中会先变成LiAg相，无明显体积形变；后续随着锂化时间增加，LixAg合金中x> 1时，纳米线粉碎化，生成Li_3Ag、Li_9Ag_4相；当外加的电压为-2 V时，锂离子会快速在纳米线表面运输并与Ag发生反应，导致纳米线破碎。
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  银耳多糖的纯化及其生物活性

  侯彦辉, 李喜阁, 张凤仪, 姜朝鲜, 张佳玮

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 60-67+74.

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  为了得到纯度更高的银耳多糖（TFPS），采用AB-8大孔树脂吸附法、酶法、三氯乙酸（TCA）法、D-葡萄糖δ-内脂（GDL）法和聚酰胺法对粗制银耳多糖（CTFPS）进行纯化即脱蛋白处理。以多糖损失率和蛋白质脱除率为依据选取脱蛋白效果最佳的方法，并通过单因素实验优化银耳多糖脱蛋白工艺条件。利用红外和SEM对脱蛋白前后的银耳多糖进行结构分析，并结合抗氧化活性和吸湿保湿性能测试，对脱蛋白前后的银耳多糖进行生物活性对比。结果表明：AB-8大孔树脂吸附法的脱蛋白效果最佳，最优工艺条件为CTFPS水溶液质量浓度5 mg/mL、AB-8大孔树脂用量100 mg/mL、吸附时间5 h、吸附温度20℃；在此条件下，蛋白质脱除率为82.47%，多糖损失率为18.24%，且银耳多糖脱蛋白纯化后的抗氧化活性和吸湿保湿性能均优于未脱蛋白银耳多糖。
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  小麦淀粉生物基水凝胶合成及其辅助NO_2~--N的去除

  许世超, 祖彤彤, 郝梦琛, 杨杰

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 68-74.

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  针对小麦淀粉（CS）凝胶力学性能较差的缺陷，利用小麦淀粉与聚乙烯醇（PVA）、硼砂（B）、海藻酸钠（SA）等天然/无机材料通过物理/化学交联合成了PVA/B/CS和SA/B/CS 2种生物基水凝胶，考察其力学性能和溶胀性能；并制备生物基水凝胶包埋反硝化菌剂，考察其对水体中亚硝酸盐氮（NO_2~--N）的去除性能。结果表明：合成的2种生物基水凝胶均具有良好的力学性能，PVA/B/CS水凝胶的拉伸断裂伸长率最高可达1 088%,SA/B/CS水凝胶的拉伸断裂伸长率最高可达562%;PVA/B/CS_(2.7)水凝胶包埋反硝化菌剂（D-PVA/B/CS_(2.7)）去除水中NO_2~--N30 h后，去除效率为94.81%;SA/B/CS_(2.7)水凝胶包埋反硝化菌剂（D-SA/B/CS_(2.7)）去除水中NO_2~--N 40 h后，去除效率为94.99%，说明所合成的生物基水凝胶具有辅助去除水体中氨氮的效果。
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  新型无线电能传输三维耦合机构的设计与优化

  李阳, 娄志刚, 胡涛成, 张博扬, 安张磊

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 75-82.

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  为了进一步提高无线电能传输系统（WPT）的空间自由度，提出了一种新型类半球体状发射机构，从理论角度出发，利用互感叠加原理与等效电路模型分析了三维无线电能传输系统的特性；建立阵列式三维电能传输系统仿真模型，分析不同控制方式下的磁场分布规律，分别从距离特性与磁场分布研究系统传输性能，并搭建了无线电能三维传输实验系统，对该发射机构的传输性能进行验证。结果表明：新型结构最远可在400 mm处实现效率为19.2%的能量传输；在相同距离下，处于同一水平面的负载线圈在各方向接收功率最大效率偏差仅为8%，具有高均匀度磁场；该新型三维耦合机构具有空间高自由度、无方向性等良好的传输性能。
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  可穿戴人体无创血压测量技术

  高铁成, 刘璨, 戈立军, 马宇洁

  天津工业大学学报. 2024, 43(02): 83-88.

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  针对传统的连续无创血压测量设备结构复杂、体积大、不宜穿戴、限制患者运动等问题，设计一种可穿戴设备对人体血压进行实时无创测量。通过硬件设备同步获取心电-脉搏波信号，设计信号处理算法，提取特征点用于后续血压估计。应用MIMIC数据中心电-脉搏-血压信号计算脉搏波传导时间及射血前期，并利用最小二乘法进行线性回归分析，构建血压测量模型，实现个性化血压检测算法。实验验证结果表明：采用该技术检测人体血压时，误差的标准差在±8 mmHg(1 mmHg≈133 Pa)范围内，平均绝对误差小于5 mmHg，满足AAMI国际血压计准确性评价标准的要求。