大學化學畢業論文

　　化學是重要的基礎科學之一，是一門以實驗為基礎的學科，在與物理學、生物學、地理學、天文學等學科的相互滲透中，得到了迅速的發展，也推動了其他學科和技術的發展。下文是小編為大家蒐集整理的關於的內容，歡迎大家閱讀參考!

　　篇1

　　淺議化學氧化改性對碳氈空氣陰極表面特徵的影響

　　微生物燃料電池***MFC***是一種可以將廢水中有機物的化學能轉化為電能同時處理廢水的新型電化學裝置。但輸出功率低、執行費用高且效能不穩定等嚴重製約了MFC的實際應用。影響MFC效能的主要因素有產電微生物、陰極催化劑、電極材料、反應器構型及執行引數等。其中，陰極是影響MFC效能及執行成本的重要因素。目前，有學者通過篩選電極材料及對電極材料進行改性來提高MFC效能和降低成本，效果較為顯著。因此，筆者採用HNO3氧化碳氈，製作改性碳氈空氣陰極，研究化學氧化改性對碳氈空氣陰極表面特徵的影響;並通過迴圈伏安測試，考察改性後碳氈陰極的穩定性。

　　1材料與方法

　　1.1試驗裝置及材料

　　採用連續流執行方式，試驗裝置主體是由有機玻璃製成的圓柱體，中間陽極室有效容積為36mL***內徑為2cm，高為11.5cm***，為確保陽極室的厭氧環境，用密封柱密封。陰極在陽極室外側壁圍繞。裝置總容積為3.92L，密封蓋上有陽極孔、陰極孔及檢測孔，以便用銅導線、鱷魚夾來連線外電路，外接1000Ω電阻作為負載。進水口設計在底部中央，製備成無膜上升流式反應器。陽極是直徑為1cm的碳棒，陰極是厚度為3cm的碳氈，輸出電壓由萬用表採集。

　　1.2原水水質及執行引數

　　垃圾滲濾液取自瀋陽市老虎衝垃圾填埋場的集水井，其水質如表1所示。接種微生物為取自UASB反應器中的厭氧顆粒汙泥，接種量為25mL。啟動期的進水流量控制在30mL/h，COD約為500mg/L。穩定執行後進水流量逐步提升到90mL/h，COD提升到1500mg/L。

　　裝置在32℃下恆溫執行。MFC接種厭氧汙泥後，先用COD為1000mg/L的垃圾滲濾液馴化一個週期，使陽極的產電微生物成功掛膜，MFC執行穩定後，再以COD為1500mg/L的垃圾滲濾液作為陽極進水。

　　1.3改性碳氈空氣陰極的製備

　　陰極預處理：將碳氈剪成所需尺寸，然後浸泡在1mol/L的鹽酸溶液中，目的是去除碳氈中的雜質離子，24h後取出，用去離子水反覆清洗直至清洗液為中性，放入105℃烘箱中乾燥2h。

　　碳氈改性：將預處理過的碳氈浸入65%～68%的濃硝酸中，用水浴加熱至75℃，處理不同時間後取出並用蒸餾水反覆清洗直至清洗液為中性，放入105℃烘箱中乾燥2h。

　　催化劑吸附：將經改性後的碳氈放入Fe/C催化劑溶液***硝酸鐵濃度為0.25mol/L，活性炭粉為1g***中，於磁力攪拌器上攪拌30min，然後取出碳氈放入105℃烘箱中烘乾。

　　1.4分析專案和方法

　　外電阻R通過可調電阻箱控制，電壓由萬用表直接讀取，功率密度P通過公式P=U2/RV計算得到，其中U為電池電壓，V為陽極室體積。

　　表觀內阻採用穩態放電法測定。

　　迴圈伏安測試以飽和甘汞電極作為參比電極，採用傳統三電極體系，電化學工作站為EC705型。

　　電極電導率採用伏特計測定，COD採用快速密閉消解法測定，NH+4-N採用納氏試劑光度法測定。

　　2結果與討論

　　2.1改性時間對催化劑擔載量的影響

　　電極表面催化劑擔載量是影響電極效能的直接因素，而化學改性將影響電極吸附催化劑的擔載量***如表2所示***。碳氈經過HNO3化學氧化處理不同時間後，其質量均出現一定程度的減少，且隨著處理時間的增加，單位質量碳氈減少量也逐步增加，同時，單位質量碳氈所吸附催化劑的量也增加。這是由於HNO3的氧化作用使碳氈結構發生了變化，表面溝壑加深加密，粗糙度和表面積增加。同時碳氈表面的H+易被催化劑Fe3+取代，也有利於陰極催化劑的吸附。

　　2.2化學改性時間對電導率的影響

　　電極電導率是表徵電極效能的重要引數之一。考察了碳氈空氣陰極化學改性時間對其電導率的影響，

　　經改性後碳氈空氣陰極的電導率明顯提高，且隨著處理時間的增加，電導率升高，當化學改性時間達到6h後，電導率趨於穩定。

　　這是因為碳氈具有石墨層狀結構，層與層之間主要是以範德華力相結合，故層間較易引入其他分子、原子或離子而形成層間化合物。應用HNO3處理碳氈時，HNO3分子嵌入層間，同時吸引石墨電子，使其內部空穴增多，因此大大提高了碳氈的電導率。當碳氈層間嵌入的HNO3分子達到飽和時，將不再影響碳氈的電導率。

　　2.3改性時間對MFC電化學效能的影響

　　2.3.1對產電效能的影響

　　分別選取經HNO3氧化0、2、4、6、8、10h的碳氈製備碳氈空氣陰極，並以石墨棒為陽極，垃圾滲濾液為燃料構建MFC，進行產電試驗。極化曲線斜率和功率密度是表徵MFC產電效能的兩個重要引數，因此，通過測定輸出電壓和電流等引數，分別得到極化曲線和功率密度曲線。整個試驗過程保持進水流量為120mL/h，反應溫度為32℃。經HNO3改性的碳氈空氣陰極MFC的極化都經歷了活化極化、歐姆極化和濃度極化三個階段。隨著HNO3改性時間的延長，活化極化、歐姆極化和濃度極化損耗逐漸減小，電池的極化曲線斜率逐漸減小，即表觀內阻逐漸降低;當改性時間為6h時，極化曲線斜率達到最小，表明此時表觀內阻最小***358Ω***。之後，隨改性時間的增加，極化曲線斜率增大，即表觀內阻增大。

　　隨著處理時間的增加，電池的功率密度同樣經歷了一個先增高再降低的過程，與圖2的規律基本一致。其中當處理時間為6h時，電池的產電效能最好，最大功率密度達到6265.67mW/m3，較未經HNO3處理的MFC的最大功率密度***1838.46mW/m3***增大了2.4倍。由此可知，通過HNO3化學氧化改性碳氈空氣陰極是改善MFC產電效能的有效方式之一。

　　2.3.2對CV曲線的影響

　　迴圈伏安法***CV***是表徵MFC放電容量的重要方法之一。化學改性碳氈空氣陰極MFC的CV曲線如圖4所示。其中，掃描速度為50mV/s，掃描範圍為-1～1V。掃描曲線以下的積分面積代表了電池的放電容量。由此可知，隨著處理時間的增加，放電容量先增加後減小，化學氧化時間為6h時，構建的MFC放電容量最大，即MFC效能最好。綜上所述，HNO3化學氧化碳氈空氣陰極的最佳時間為6h。

　　2.4MFC的產電除汙穩定性

　　2.4.1產電效能穩定性

　　對經HNO3化學氧化處理6h的碳氈空氣陰極MFC進行了CV測試，共進行了21次迴圈掃描，結果表明：隨著迴圈次數的增加，曲線形狀幾乎沒有改變，第1、6、11、16、21次的迴圈伏安曲線基本重合，面積近乎恆定，即放電容量幾乎沒有變化，說明電池效能比較穩定，能夠長期穩定執行。

　　在其他條件不變的情況下，採用經HNO3氧化6h的碳氈作為陰極，保持進水流量為120mL/h，外接1000Ω電阻持續執行14d，每天記錄輸出電壓。

　　在最初的3d內，輸出電壓從62mV增加到483mV，第4天達到最大為492mV，接下來的一週則穩定在470mV左右。隨著執行時間的增加，電壓略有下降，這可能是陽極室溶液的不斷流動，沖刷陽極，帶出一定量產電菌同時增加了電池的內阻所致，但總體上電池的執行比較穩定。

　　2.4.2除汙效能穩定性

　　採用經HNO3化學氧化6h的碳氈作為陰極、石墨棒作為陽極、外接1000Ω電阻的MFC，以連續流方式處理垃圾滲濾液。試驗過程中原水COD為***2376±200***mg/L，NH+4-N為***151±10***mg/L，保持進水流量為120mL/h、溫度為32℃，反應初期***1～5d***，出水COD濃度急劇下降，之後出水COD濃度逐漸趨於穩定。

　　COD由初始的***2376±200***mg/L降到***238±15***mg/L，去除率達到89.9%～91.2%，高於謝珊等採用兩瓶型MFC處理垃圾滲濾液對COD的去除率***78.3%***。而氨氮則由初始的***151±10***mg/L降到***86±5***mg/L，去除率達到39.3%～46.8%。去除的氨氮中部分以NH+4形式隨水流進入陰極室，在陰極室擴散到空氣中或轉化為其他形式的氮，部分在陽極室作為電子供體被氧化。He等的研究也證實了氨氮可以作為MFC的燃料。

　　3結論

　　①碳氈空氣陰極吸附的催化劑量隨著HNO3化學氧化碳氈時間的增加而增加，但是過量的催化劑不但不能促進反應，反而會增加電池內阻從而降低電池產電效能。碳氈空氣陰極電導率隨著HNO3化學氧化碳氈時間的增加而增加，並逐漸趨於穩定。

　　②隨著HNO3化學氧化碳氈時間的增加，碳氈空氣陰極MFC的功率密度、放電容量呈現先升高後降低的趨勢，而極化曲線斜率呈現先降低後升高的趨勢。

　　③HNO3化學氧化碳氈的最佳時間為6h。陰極改性6h後電池產電效能較穩定，最大功率密度比未改性增大2.4倍，達到了6265.67mW/m3，內阻降低到358Ω。

　　④陰極改性6h後的MFC處理垃圾滲濾液的效能穩定。當進水COD為***2376±200***mg/L、NH+4-N為***151±10***mg/L時，對兩者的去除率分別為***89.9%～91.2%***和***39.3%～46.8%***。

　　參考文獻：

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　　篇2

　　淺談化學分子力學對建築建材選用的影響

　　引言

　　化學的應用給人類文明帶來了翻天覆地的變化，在建築領域，基於化學基礎上的新型建築建材的開發和利用提高了建築的質量及建築的安全性、穩定性、美觀性等，是現代建築研究的重要話題。此外，隨著地球資源的日益緊張，環境汙染的日益嚴峻，現代建材的研究和應用更為人們所重視，基於化學分子力學對建築建材的選擇和應用途徑也日趨廣泛。

　　1 建築建材的選擇和應用

　　1.1 現代建築建材選擇和應用的現狀

　　伴隨著人類文明的發展，建築建材的生產工藝日益改進，生產技術的現代化，實現了建築建材生產的智慧化、自動化，各類建築材料在科技發展的影響下不斷優化。例如，混凝土的應用，它不僅是一種建築材料，更具有裝飾等作用。如利用混凝土砌塊裝飾建築物牆壁，不但具有一定的美觀性，還具有保溫、隔熱等效果。在高分子化學建材應用上，國外的發展要優於國內，例如塑料地板、高分子防水卷材等高分子化學建材最早出現與國際市場，被一些發達國家廣泛應用。當前，建築建材的選擇和應用趨於高科技、多功能化，人們對建築建材的效能、裝飾效果、環保作用等有了更高要求。例如，塗料的選擇，功能多、汙染小、效能高、裝飾效果強的材料更受歡迎。總之，人們對建築建材的選擇已由傳統的實用性，轉向了價效比高、效能好、低碳環保、功能多等多元方向。

　　1.2 新型化學建築材料

　　新型化學建築建材能賦予建築新功能，在節約能源、優化環境等方面也有突出表現。例如建築物牆體，可選擇非粘土磚、建築牆體板材、鋼結構、玻璃結構等，其效能明顯優於傳統牆體。如玻璃結構，透光性好、裝飾性強，給人以時尚、美觀、大氣之感。同時，新型化學建築建材的多樣性，使其具備更廣泛的功能。例如塑料，新型塑料門窗，不僅美觀、輕便、易安裝，還具有很好的隔熱性、耐腐性等; 又如新型的塑料管材，不但克服可傳統管材的易腐蝕、易生鏽、易老化等缺點，還具質輕、易安裝、無汙染等特點，極適合現代建築環境; 再如塑料地板，節省原料，運輸、施工方便，能帶給人更好的舒適，具有良好的裝飾效果好，是現代建築建材的“新寵”。此外，混凝土、塗料等，在化學發展的影響下也具有更多、更廣泛的用途，例如塗料的防水、防火、防毒、殺蟲、隔音、保溫等作用。

　　1.3 建築建材的選擇和應用原則

　　建築建材的選擇首先要滿足應用需求，確保建築建材選擇的應用效能，確保其應用方便、應用安全和應用效果。其次，考慮建築建材的美觀性，建築不是把好的東西堆積起來，而是一種藝術的創造與實踐。

　　再次，充分考慮建築建材的價效比，確保建築工程的綜合效益。在選擇建築建材時，先對建築建材的特點、效能進行充分的瞭解，結合建築需求，科學的選擇適當的建築建材。再對建築建材的使用環境、使用目標進行綜合的分析和研究，確保建築建材應用的效果和效能，提高建築物的功能性、美觀性。最後，要全面認知建築建材的應用工藝，確保建築建材效能的發揮。例如混凝土，不但要了解各種混凝土的特點、配置比例等，還要重視其混合工藝，確保混凝土能到達理想的建築效果。因此，建築建材的選擇是需要非常慎重的，而且需要遵循必要的應用原則。

　　2 化學分子力學對建築建材的選擇和應用的影響

　　新型建築建材種類繁多、功能齊全。例如塗料，有有機水性塗料、溶劑類塗料等，在應用上也有較大區別。新型塗料應用化學知識，使塗料具有低汙染、高效能、隔熱、防火等多種功能，在材料選擇時，要充分考慮建築建材的應用目的，以達到工程施工的最大效益。又如保溫隔熱材料，現在常用的有玻璃棉、泡沫塑料等，這些材料的選擇和應用與化學分子力學息息相關。以混凝土為例，要選擇高效能的混凝土，首先，要了解混凝土的特點，它是一種由水泥、砂石、水、膠凝材料等按一定比例混合而成的複合材料。在材料的選擇與應用中，必須認清其複合材料性質和各種混合比例，同時掌握混凝土的攪拌、成型、養護等等。

　　其次，在混凝土基本特點基礎上，科學認知混凝土的集中攪拌特點，科學搭配各種材料比例，確保建築建材的工作性、效益性和價效比。再次，在實踐中結合理論科學的進行建築建材的選擇和應用。如通常情況下，建築中會使用矽酸鹽水泥，在該類建築建材的選擇上，不能單方面的考慮某一方面，要綜合考慮，全面瞭解、可選選擇。例如，在配置C40 以下的流態混泥土時，選擇 42. 5Mpa 普矽水泥就不太合適，應結合應用需求，選擇 32. 5Mpa 普矽水泥，避免選擇的盲目性帶來施工的不便。

　　此外，混凝土的選擇要科學的利用化學知識，如相同標號的混凝土，要選擇強度係數大，確保混凝土的耐久性; 相同強度的混凝土，則要選擇需水量小的，降低水泥用量，確保水灰比例的科學性。同時，注重季節、氣候等對於建築建材化學效能的影響，如在混凝土配置中選擇水泥，如在冬季施工則易採用 R 型矽酸鹽水泥，搭配合適的摻料、外加劑等，確保混凝土效能。總之，化學豐富了現代建築建材市場，為建築提供了更多的選材機遇，而新型的建築建材的使用一定要避開盲目性、跟風性，應在建築目的的指導下，結合建築建材效能，利用化學分子力學等知識，科學的、適當的對其進行選擇和應用，以提高建築建材的應用效果和應用價值。化學的分子力學，在建築建材中應用非常廣泛，基於建築建材的化學分子力學應用，可以將建材的使用效率和使用效果做到最佳。總之，要充分利用化學分子力學的原理，在建築建材中實現廣泛的推廣性使用，逐步加強對於化學原理的實際應用，從而達到推動行業發展的目的。

　　3 結語

　　高科技帶來了建築建材的高效能、多功能及輕便、美觀等等。如玻璃材料鋼化、夾絲、夾層等工藝不但提高了玻璃的安全性、抗壓性，還對玻璃的隔音性、保溫性等有很大的優化作用。隨著化學工業的發展，越多的不可能變為可能，玻璃牆、塑料地板等，不斷的豐富人類的建築需求，提升建築品味，使城市建設的風景更加多姿多彩。

　　參考文獻

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　　[2]崔東霞，費治華，姚海婷等，粉煤灰與化學外加劑對高效能混凝土開裂效能的影響[J].混凝土與水泥製品，2011*** 4*** .

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