環(huán)境與材料科學(xué)技術(shù)的前沿進(jìn)展論文
摘 要：關(guān)鍵詞：材料科學(xué)前沿論文 資源與環(huán)境已成為當(dāng)今世界發(fā)展的主題。經(jīng)濟(jì)與資源、環(huán)境之間的和諧發(fā)展日益廣泛受到關(guān)注 。如何合理利用資源、保護(hù)環(huán)境，同時(shí)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，這對(duì)相應(yīng)學(xué)科的科學(xué)與技術(shù)提出了高要求，也已成為全球化的重要議題。2015環(huán)境與材料科
關(guān)鍵詞：材料科學(xué)前沿論文
資源與環(huán)境已成為當(dāng)今世界發(fā)展的主題。經(jīng)濟(jì)與資源、環(huán)境之間的和諧發(fā)展日益廣泛受到關(guān)注。如何合理利用資源、保護(hù)環(huán)境，同時(shí)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，這對(duì)相應(yīng)學(xué)科的科學(xué)與技術(shù)提出了高要求，也已成為全球化的重要議題。2015環(huán)境與材料科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)在武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院院長(zhǎng)宋少先教授的主持下拉開帷幕。出席開幕式的人員包括圣路易斯波多西自治大學(xué)校長(zhǎng)ManuelVilla、武漢理工大學(xué)副校長(zhǎng)康燦華、圣路易斯波多西自治大學(xué)物理研究所所長(zhǎng)JoséLuisArauzLara、武漢理工大學(xué)新材料研究所所長(zhǎng)余家國(guó)教授等，還包括武漢理工大學(xué)資環(huán)學(xué)院、理學(xué)院、化生學(xué)院、材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等單位百余名師生參加。研討會(huì)主題是“環(huán)境與材料科學(xué)技術(shù)”，會(huì)議旨在為中墨兩國(guó)合作搭建潛在的平臺(tái)，為環(huán)境、材料、能源等多方領(lǐng)域交流最新研究成果提供一個(gè)交流的機(jī)會(huì)。研討會(huì)主題圍繞環(huán)境、材料、能源、地理空間科學(xué)與技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)行了交流，包括1場(chǎng)大會(huì)報(bào)告與4組分會(huì)場(chǎng)報(bào)告，雙方與會(huì)代表共進(jìn)行37場(chǎng)次報(bào)告，展示了雙方各自最新研究成果，探討了環(huán)境、材料與能源等領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，為日后合作發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。本研討會(huì)獲得了中國(guó)教育部、武漢理工大學(xué)以及圣路易斯波多西自治大學(xué)的大力支持。武漢理工大學(xué)康燦華副校長(zhǎng)在研討會(huì)開幕式上發(fā)言，希望利用本次機(jī)會(huì)充分展示該校在環(huán)境與材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究成果和特色，推動(dòng)該校在該領(lǐng)域?qū)W科建設(shè)的發(fā)展并提升國(guó)際影響。ManuelVilla校長(zhǎng)介紹了圣路易斯波多西自治大學(xué)的學(xué)校歷史、學(xué)科結(jié)構(gòu)及對(duì)外合作項(xiàng)目，希望兩校在科研合作與學(xué)生交流等方面開展深入合作，為雙方優(yōu)秀學(xué)者和學(xué)生搭建良好的學(xué)術(shù)交流平臺(tái)。武漢理工大學(xué)余家國(guó)教授在大會(huì)報(bào)告中介紹了用于生產(chǎn)太陽(yáng)能燃料的石墨烯光催化材料的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)。利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化制備太陽(yáng)能燃料目前被認(rèn)為是解決未來(lái)全球能源與環(huán)境問(wèn)題的主要策略之一。其中利用光催化水產(chǎn)氫和還原二氧化碳制甲烷已經(jīng)成為利用太陽(yáng)光制備太陽(yáng)能燃料的重要且有前景的方法，可以實(shí)現(xiàn)清潔、經(jīng)濟(jì)以及再生等生產(chǎn)。通常基于TiO2光催化產(chǎn)氫強(qiáng)烈依賴于觸媒類型與數(shù)量，這是因?yàn)閮H有TiO2不具備很高的光催化性能，需要添加Pt作為觸媒，這樣才能增強(qiáng)TiO2的光催化產(chǎn)氫性能，然而Pt更是稀有且昂貴的材料。因此，便宜且來(lái)源豐富的材料便成了觸媒的另外選擇。比如基于石墨烯的納米復(fù)合材料作為光催化劑具備增強(qiáng)光催化產(chǎn)氫和二氧化碳還原的能力，能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能。余家國(guó)教授對(duì)在基于石墨烯的納米復(fù)合材料在光催化產(chǎn)氫和二氧化碳還原方面的設(shè)計(jì)與制造研究成果進(jìn)行了介紹與分享。
圣路易斯波多西自治大學(xué)的MagdalenoMedi-na-Noyola教授作了題為“StructuralRelaxiationandAgingofGlassesandPhysicalGels:aNon-equilibriumStatisticalThermodynamicTheory的大會(huì)報(bào)告。有一項(xiàng)關(guān)于非均衡液體不可逆過(guò)程的非均衡統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論被用來(lái)表述淬火液體結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)的非穩(wěn)態(tài)演變，該理論提出一個(gè)方案：演變時(shí)間是一個(gè)基礎(chǔ)的變量。該方案為類玻璃材料在高填充率下的老化行為以及低密度的類凝膠材料的形成過(guò)程，方案設(shè)計(jì)符合通用情況，也符合各系統(tǒng)下的分子內(nèi)作用過(guò)程。比如硬體系和Lennard-Jones簡(jiǎn)單液體等具體模型體系都能很好地解釋這個(gè)預(yù)計(jì)方案。其定性定量準(zhǔn)確度可以通過(guò)對(duì)比模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院張一敏教授作了題為“VanadiumExtractionfromVanadium-bearingCarbonaceousShaleinChina”的大會(huì)報(bào)告。釩作為稀有元素之一，被廣泛用于鋼鐵、合金和化工等行業(yè)。含釩碳質(zhì)頁(yè)巖是中國(guó)重要的含釩資源，總儲(chǔ)存量達(dá)到釩儲(chǔ)備的87%。因此釩提取技術(shù)得到很大的發(fā)展。傳統(tǒng)的高鹽焙燒-濾瀝技術(shù)是最早的提釩技術(shù)，對(duì)設(shè)備要求不高，所以得到很多小型工廠的使用。由于許多腐蝕性氣體及超高鹽廢水的產(chǎn)生，且總釩回收的`產(chǎn)率不高，使得該技術(shù)逐漸淘汰。雖然空白焙燒-濾瀝、鈣化焙燒-濾瀝和直接酸濾技術(shù)比高鹽焙燒技術(shù)更環(huán)保，但是各自有其缺點(diǎn)，并未得到大范圍推廣應(yīng)用。低鹽焙燒-循環(huán)氧化技術(shù)同樣面臨高成本和長(zhǎng)周期的問(wèn)題。一種最新技術(shù)———一步焙燒-酸濾技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)77%的釩回收率。而且廢水經(jīng)過(guò)完全處理之后可以全部回收利用，濾瀝殘留也可以用來(lái)生產(chǎn)不同類型的建筑材料，比如土工聚合物、陶粒、高壓磚等。盡管提釩技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了很多年，但從含釩碳質(zhì)頁(yè)巖中的提釩工業(yè)在國(guó)內(nèi)仍然沒得到全面發(fā)展，要進(jìn)行大范圍的經(jīng)濟(jì)性開發(fā)，則需要開展更進(jìn)一步的研究工作。圣路易斯波多西自治大學(xué)物理研究所所長(zhǎng)A-rauzLara教授作了題為“PhysicsofConfinedColloids”的大會(huì)報(bào)告。
膠體體系在天然材料和人造材料中一直都普遍使用，如在生物流體、蛋白質(zhì)溶液、細(xì)胞質(zhì)、DNA溶液、顏料、化妝品及食品等方面。膠體介質(zhì)的物理性質(zhì)已經(jīng)被廣泛研究很長(zhǎng)時(shí)間，但只是具備某些基礎(chǔ)了解，而對(duì)于膠體系統(tǒng)處于限制條件下的情況卻不明確。本報(bào)告介紹了關(guān)于膠體顆粒在不同限制條件下的靜態(tài)結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)性質(zhì)的研究結(jié)果。該研究以聚苯乙烯球溶液為系統(tǒng)，限制在①兩板之間，②接近墻面，③在球狀室。在不同限制形狀條件下顆粒間的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)聯(lián)系通過(guò)數(shù)字光學(xué)顯微鏡測(cè)量和定量結(jié)果分析，包括兩體關(guān)聯(lián)方程、位移方差和動(dòng)力結(jié)構(gòu)因素等。武漢理工大學(xué)化生學(xué)院蔡衛(wèi)權(quán)教授作了題為“PAASAssistedHydrothermalSynthesisofMesoporousMgOCubewithStrongAdsorptionPerformancetowardsAO7fromAqueousSolutions”的報(bào)告。介孔氧化鎂顆粒具備十分優(yōu)良的吸附性能，尤其在吸附AO7方面。該報(bào)告介紹了通過(guò)對(duì)PAAS進(jìn)行水熱法和焙燒法制備成介孔氧化鎂顆粒吸附劑。制備的樣品通過(guò)XRD，F(xiàn)E-SEM,TEM,TPD,FTIR等技術(shù)表征。該顆粒吸附劑呈現(xiàn)立方形狀與大孔分布。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合郎格繆爾吸附等溫線。動(dòng)力學(xué)方程顯示二級(jí)模型可以更好描述AO7在樣品上的吸附行為。另外氧化鎂立方顆粒比不添加PASS粉末狀的吸附性能更優(yōu)。該吸附量最高達(dá)到3388mg/g。重要的是，該立方狀顆�？梢酝ㄟ^(guò)簡(jiǎn)單的焙燒過(guò)程進(jìn)行再生，且再生過(guò)程不影響它的吸附性能。圣路易斯波多西自治大學(xué)YuriNahmad-Moli-nari教授進(jìn)行了題為“OpportunitiesinRenewableEnergiesSectorinNexico:ExamplesandProjectsinSanLuisPotosi”的演講報(bào)告。國(guó)內(nèi)電力生產(chǎn)可以在任何范圍內(nèi)通過(guò)太陽(yáng)能輻射收獲或者光子采礦實(shí)現(xiàn)。由于競(jìng)爭(zhēng)性的礦物燃料技術(shù)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)障礙需要有經(jīng)濟(jì)工程師通過(guò)對(duì)CO2信用點(diǎn)補(bǔ)助金以及退稅鼓勵(lì)或者在生產(chǎn)者的能源固定分配組合里設(shè)計(jì)方案，而第三世界國(guó)家公共政策十分薄弱，響應(yīng)慢，甚至不存在，因此，城市、大學(xué)以及醫(yī)院等可以在激發(fā)能源向再生發(fā)現(xiàn)發(fā)展方面扮演重要角色。Molinari教授介紹了墨西哥在再生能源領(lǐng)域的發(fā)展概況。石油、鋼鐵、水泥、采礦、食品以及化工廠都需要由礦物燃料產(chǎn)生的熱能和電力，而墨西哥的礦物燃料卻呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。干旱和半干旱地區(qū)有大范圍的太陽(yáng)能輻射面積，這在很大程度上促進(jìn)了光熱和光電太陽(yáng)能設(shè)備的商業(yè)貿(mào)易。太陽(yáng)能在再生能源生產(chǎn)方面的潛力需要?jiǎng)?chuàng)新和發(fā)掘，這一點(diǎn)已經(jīng)在相應(yīng)能源部門得到了支持，比如一些法律改革。報(bào)告里提到了太陽(yáng)能項(xiàng)目的3個(gè)案例，包括：①在墨西哥圣路易斯中心醫(yī)院樓頂安裝太陽(yáng)能熱點(diǎn)系統(tǒng)；②針對(duì)師生提供的一項(xiàng)有關(guān)國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能輻射收獲的微型計(jì)劃；③滿足學(xué)校電力需求的光伏電站設(shè)計(jì)。武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院張高科教授在分組報(bào)告中作了題為“PreparationandApplica-tionofNovelEnvironmentalMaterials”的報(bào)告，介紹了B（iGe）光催化劑的合成與表征。表征手段包括XRD,FE-SEM,XPS等。報(bào)告揭示了這些光催化劑的催化特性通過(guò)降解水體或者空氣中的污染物進(jìn)行評(píng)估，討論了光催化劑形貌與微觀結(jié)構(gòu)對(duì)催化特性的影響，另外分析了光催化反應(yīng)中活性自由基及可能的光催化機(jī)理。圣路易斯波多西自治大學(xué)A.López-Valdivieso教授在分組報(bào)告中作了題為“SynthesisofSilverNanostructures”的演講報(bào)告。銀納米結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的物理化學(xué)與生物特性一直受到廣泛關(guān)注，并在催化劑、傳感器、光學(xué)器件、殺菌化合物以及電子設(shè)備制造方面有很多應(yīng)用。以氰化銀為銀源、十二烷基硫酸鈉作為聚合物催化劑、亞硫酸根或者檸檬酸根離子作為還原劑的銀納米結(jié)構(gòu)新合成方法得到了發(fā)展。這種合成方法制得的銀納米線平均直徑9.7±3.8nm，長(zhǎng)度為毫米量級(jí)。武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院吳浩教授在分組報(bào)告中作了題為“AssessingtheEffectsofLandUseSpatialStructureonUrbanHeatIslandsUsingHJ-1BRemoteSensingImageryinWuhan,China”的報(bào)告。城市熱島效應(yīng)因其對(duì)生態(tài)多樣性和人類健康的影響得到廣泛關(guān)注。評(píng)價(jià)該區(qū)域土地使用的空間結(jié)構(gòu)的影響對(duì)于提高和理解城市化生態(tài)進(jìn)程非常重要。報(bào)告指出了利用半徑分形維數(shù)定量不同土地利用類型的空間變量。通過(guò)集成HJ-1B衛(wèi)星、植被指標(biāo)、景觀指數(shù)和分形維數(shù)獲得的遙感圖像，比較并分析了土地利用圖形對(duì)武漢城市熱效應(yīng)的影響。
圣路易斯波多西自治大學(xué)FacundoRuiz教授在分組報(bào)告中作了題為“MetellicNanoparticles:LargeScaleProductionandAntibacterialProperties”的演講報(bào)告。納米顆粒最近的新研究使得其在某些產(chǎn)品中的應(yīng)用顯得十分顯著。一旦納米顆粒及其特性的范圍可以實(shí)現(xiàn)，很多新產(chǎn)品將會(huì)出現(xiàn)。納米顆粒包括制備、表征、動(dòng)力學(xué)、處理及應(yīng)用等領(lǐng)域，制備也許是其中研究最多的領(lǐng)域。溶液法因其操作簡(jiǎn)單且容易量化生產(chǎn)而倍受關(guān)注。本研究提出利用溶液介質(zhì)制備金屬和半導(dǎo)體等納米顆粒，這些方法可以實(shí)現(xiàn)大范圍生產(chǎn)，尤其銀、金、氧化鋅和氫氧化鎂顆粒的結(jié)果顯示如此。納米顆粒制備已經(jīng)應(yīng)用于很多材料方面，包括塑料、陶瓷和顏料等。研究顯示了金屬納米顆粒的殺菌性，特別是銀納米顆粒。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)銀納米顆粒的大小與殺菌性存在很強(qiáng)的聯(lián)系，并找到了銀納米顆粒對(duì)抗微生物的主要機(jī)制。2015年4月，武漢理工大學(xué)與墨西哥圣路易斯波多西自治大學(xué)簽署了一項(xiàng)學(xué)術(shù)合作意向，鼓勵(lì)和支持雙方學(xué)者及學(xué)生進(jìn)行交流合作。而該研討會(huì)作為協(xié)議的第一項(xiàng)議程，取得了圓滿成功。今后我們還會(huì)定期舉辦該學(xué)術(shù)研討會(huì)，促進(jìn)和提升武漢理工大學(xué)在學(xué)科建設(shè)水平上的國(guó)際發(fā)展和影響。
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