環(huán)境與材料科學技術的前沿進展論文
摘 要：關鍵詞：材料科學前沿論文 資源與環(huán)境已成為當今世界發(fā)展的主題。經(jīng)濟與資源、環(huán)境之間的和諧發(fā)展日益廣泛受到關注 。如何合理利用資源、保護環(huán)境，同時促進經(jīng)濟的增長，這對相應學科的科學與技術提出了高要求，也已成為全球化的重要議題。2015環(huán)境與材料科
關鍵詞：材料科學前沿論文
資源與環(huán)境已成為當今世界發(fā)展的主題。經(jīng)濟與資源、環(huán)境之間的和諧發(fā)展日益廣泛受到關注。如何合理利用資源、保護環(huán)境，同時促進經(jīng)濟的增長，這對相應學科的科學與技術提出了高要求，也已成為全球化的重要議題。2015環(huán)境與材料科學技術學術研討會在武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院院長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校長ManuelVilla、武漢理工大學副校長康燦華、圣路易斯波多西自治大學物理研究所所長JoséLuisArauzLara、武漢理工大學新材料研究所所長余家國教授等，還包括武漢理工大學資環(huán)學院、理學院、化生學院、材料復合新技術國家實驗室等單位百余名師生參加。研討會主題是“環(huán)境與材料科學技術”，會議旨在為中墨兩國合作搭建潛在的平臺，為環(huán)境、材料、能源等多方領域交流最新研究成果提供一個交流的機會。研討會主題圍繞環(huán)境、材料、能源、地理空間科學與技術等領域進行了交流，包括1場大會報告與4組分會場報告，雙方與會代表共進行37場次報告，展示了雙方各自最新研究成果，探討了環(huán)境、材料與能源等領域的發(fā)展趨勢，為日后合作發(fā)展提供了機會。本研討會獲得了中國教育部、武漢理工大學以及圣路易斯波多西自治大學的大力支持。武漢理工大學康燦華副校長在研討會開幕式上發(fā)言，希望利用本次機會充分展示該校在環(huán)境與材料科學技術領域的研究成果和特色，推動該校在該領域?qū)W科建設的發(fā)展并提升國際影響。ManuelVilla校長介紹了圣路易斯波多西自治大學的學校歷史、學科結構及對外合作項目，希望兩校在科研合作與學生交流等方面開展深入合作，為雙方優(yōu)秀學者和學生搭建良好的學術交流平臺。武漢理工大學余家國教授在大會報告中介紹了用于生產(chǎn)太陽能燃料的石墨烯光催化材料的研究進展與發(fā)展趨勢。利用太陽能轉(zhuǎn)化制備太陽能燃料目前被認為是解決未來全球能源與環(huán)境問題的主要策略之一。其中利用光催化水產(chǎn)氫和還原二氧化碳制甲烷已經(jīng)成為利用太陽光制備太陽能燃料的重要且有前景的方法，可以實現(xiàn)清潔、經(jīng)濟以及再生等生產(chǎn)。通常基于TiO2光催化產(chǎn)氫強烈依賴于觸媒類型與數(shù)量，這是因為僅有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合材料作為光催化劑具備增強光催化產(chǎn)氫和二氧化碳還原的能力，能將太陽能轉(zhuǎn)化成化學能。余家國教授對在基于石墨烯的納米復合材料在光催化產(chǎn)氫和二氧化碳還原方面的設計與制造研究成果進行了介紹與分享。
圣路易斯波多西自治大學的MagdalenoMedi-na-Noyola教授作了題為“StructuralRelaxiationandAgingofGlassesandPhysicalGels:aNon-equilibriumStatisticalThermodynamicTheory的大會報告。有一項關于非均衡液體不可逆過程的非均衡統(tǒng)計熱力學理論被用來表述淬火液體結構與動力學的非穩(wěn)態(tài)演變，該理論提出一個方案：演變時間是一個基礎的變量。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程，方案設計符合通用情況，也符合各系統(tǒng)下的分子內(nèi)作用過程。比如硬體系和Lennard-Jones簡單液體等具體模型體系都能很好地解釋這個預計方案。其定性定量準確度可以通過對比模擬和實驗結果進行評估。武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院張一敏教授作了題為“VanadiumExtractionfromVanadium-bearingCarbonaceousShaleinChina”的大會報告。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)頁巖是中國重要的含釩資源，總儲存量達到釩儲備的87%。因此釩提取技術得到很大的發(fā)展。傳統(tǒng)的高鹽焙燒-濾瀝技術是最早的提釩技術，對設備要求不高，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比高鹽焙燒技術更環(huán)保，但是各自有其缺點，并未得到大范圍推廣應用。低鹽焙燒-循環(huán)氧化技術同樣面臨高成本和長周期的問題。一種最新技術———一步焙燒-酸濾技術實現(xiàn)了高達77%的釩回收率。而且廢水經(jīng)過完全處理之后可以全部回收利用，濾瀝殘留也可以用來生產(chǎn)不同類型的建筑材料，比如土工聚合物、陶粒、高壓磚等。盡管提釩技術已經(jīng)發(fā)展了很多年，但從含釩碳質(zhì)頁巖中的提釩工業(yè)在國內(nèi)仍然沒得到全面發(fā)展，要進行大范圍的經(jīng)濟性開發(fā)，則需要開展更進一步的研究工作。圣路易斯波多西自治大學物理研究所所長A-rauzLara教授作了題為“PhysicsofConfinedColloids”的大會報告。
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)被廣泛研究很長時間，但只是具備某些基礎了解，而對于膠體系統(tǒng)處于限制條件下的情況卻不明確。本報告介紹了關于膠體顆粒在不同限制條件下的靜態(tài)結構與動態(tài)性質(zhì)的研究結果。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)與動態(tài)聯(lián)系通過數(shù)字光學顯微鏡測量和定量結果分析，包括兩體關聯(lián)方程、位移方差和動力結構因素等。武漢理工大學化生學院蔡衛(wèi)權教授作了題為“PAASAssistedHydrothermalSynthesisofMesoporousMgOCubewithStrongAdsorptionPerformancetowardsAO7fromAqueousSolutions”的報告。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。該報告介紹了通過對PAAS進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XRD，F(xiàn)E-SEM,TEM,TPD,FTIR等技術表征。該顆粒吸附劑呈現(xiàn)立方形狀與大孔分布。實驗數(shù)據(jù)符合郎格繆爾吸附等溫線。動力學方程顯示二級模型可以更好描述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)。該吸附量最高達到3388mg/g。重要的是，該立方狀顆�？梢酝ㄟ^簡單的焙燒過程進行再生，且再生過程不影響它的吸附性能。圣路易斯波多西自治大學YuriNahmad-Moli-nari教授進行了題為“OpportunitiesinRenewableEnergiesSectorinNexico:ExamplesandProjectsinSanLuisPotosi”的演講報告。國內(nèi)電力生產(chǎn)可以在任何范圍內(nèi)通過太陽能輻射收獲或者光子采礦實現(xiàn)。由于競爭性的礦物燃料技術帶來的經(jīng)濟障礙需要有經(jīng)濟工程師通過對CO2信用點補助金以及退稅鼓勵或者在生產(chǎn)者的能源固定分配組合里設計方案，而第三世界國家公共政策十分薄弱，響應慢，甚至不存在，因此，城市、大學以及醫(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。干旱和半干旱地區(qū)有大范圍的太陽能輻射面積，這在很大程度上促進了光熱和光電太陽能設備的商業(yè)貿(mào)易。太陽能在再生能源生產(chǎn)方面的潛力需要創(chuàng)新和發(fā)掘，這一點已經(jīng)在相應能源部門得到了支持，比如一些法律改革。報告里提到了太陽能項目的3個案例，包括：①在墨西哥圣路易斯中心醫(yī)院樓頂安裝太陽能熱點系統(tǒng)；②針對師生提供的一項有關國內(nèi)太陽能輻射收獲的微型計劃；③滿足學校電力需求的光伏電站設計。武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院張高科教授在分組報告中作了題為“PreparationandApplica-tionofNovelEnvironmentalMaterials”的報告，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。報告揭示了這些光催化劑的催化特性通過降解水體或者空氣中的污染物進行評估，討論了光催化劑形貌與微觀結構對催化特性的影響，另外分析了光催化反應中活性自由基及可能的光催化機理。圣路易斯波多西自治大學A.López-Valdivieso教授在分組報告中作了題為“SynthesisofSilverNanostructures”的演講報告。銀納米結構因其獨特的物理化學與生物特性一直受到廣泛關注，并在催化劑、傳感器、光學器件、殺菌化合物以及電子設備制造方面有很多應用。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構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，長度為毫米量級。武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院吳浩教授在分組報告中作了題為“AssessingtheEffectsofLandUseSpatialStructureonUrbanHeatIslandsUsingHJ-1BRemoteSensingImageryinWuhan,China”的報告。城市熱島效應因其對生態(tài)多樣性和人類健康的影響得到廣泛關注。評價該區(qū)域土地使用的空間結構的影響對于提高和理解城市化生態(tài)進程非常重要。報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。通過集成HJ-1B衛(wèi)星、植被指標、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武漢城市熱效應的影響。
圣路易斯波多西自治大學FacundoRuiz教授在分組報告中作了題為“MetellicNanoparticles:LargeScaleProductionandAntibacterialProperties”的演講報告。納米顆粒最近的新研究使得其在某些產(chǎn)品中的應用顯得十分顯著。一旦納米顆粒及其特性的范圍可以實現(xiàn)，很多新產(chǎn)品將會出現(xiàn)。納米顆粒包括制備、表征、動力學、處理及應用等領域，制備也許是其中研究最多的領域。溶液法因其操作簡單且容易量化生產(chǎn)而倍受關注。本研究提出利用溶液介質(zhì)制備金屬和半導體等納米顆粒，這些方法可以實現(xiàn)大范圍生產(chǎn)，尤其銀、金、氧化鋅和氫氧化鎂顆粒的結果顯示如此。納米顆粒制備已經(jīng)應用于很多材料方面，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。研究結果還發(fā)現(xiàn)銀納米顆粒的大小與殺菌性存在很強的聯(lián)系，并找到了銀納米顆粒對抗微生物的主要機制。2015年4月，武漢理工大學與墨西哥圣路易斯波多西自治大學簽署了一項學術合作意向，鼓勵和支持雙方學者及學生進行交流合作。而該研討會作為協(xié)議的第一項議程，取得了圓滿成功。今后我們還會定期舉辦該學術研討會，促進和提升武漢理工大學在學科建設水平上的國際發(fā)展和影響。
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