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TiO2改性PTFE复合材料力学与摩擦性能的研究田华;解旭东;宋希文【摘要】PTFE(聚四氟乙烯)因为机械性能方面存在的一些缺陷限制了其应用.通过向PTFE中添加TiO2颗粒,制得改性PTFE材料,并对其力学性能和摩擦性能进行测试,以讨论TiO2颗粒添加量对PTFE材料的影响.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2010(029)004【总页数】5页(P334-338)【关键词】TiO2;PTFE;改性;力学性能;摩擦学性能【作者】田华;解旭东;宋希文【作者单位】内蒙古科技大学,材料与冶金学院,内蒙古,包头,014010;山东工业职业学院,山东,淄博,256414;内蒙古科技大学,材料与冶金学院,内蒙古,包头,014010;山东工业职业学院,山东,淄博,256414;内蒙古科技大学,材料与冶金学院,内蒙古,包头,014010【正文语种】中文【中图分类】TB3321世纪以来,随着科学技术的不断发展,信息技术、新材料技术与新能源技术已经成为人类现代文明的三大支柱,而其中新材料以其特殊技术优势已经异军突起成为三大支柱的顶梁柱,它的每一次变革都会对人类的生活产生巨大影响 .氟树脂复合材料是较早开发和产业化推广的一种高分子复合材料,因此应用面最广,产业化程度最高[1].它是以热固性树脂或者热塑性氟树脂为基体,以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料[2].聚四氟乙烯(PTFE)是氟树脂材料的一个重要品种.它是1938年美国科学家R.S.Plunket在研究氟里昂致冷剂时无意中发现的 .它具有高低温性能和化学稳定性,极好的绝缘性、非粘附性、耐候性、不燃性和良好的润滑性等优异的物理化学特性,被冠以“塑料之王”的美誉 .PTFE独特的性能使其在化工、石油、纺织、食品、造纸等工业都有着广泛应用[3,4].虽然与其它高聚物相比,聚四氟乙烯有其独特的优势,但是它也存在一些缺陷,如机械加工性能较差、线膨胀系数较大、耐蠕变性差、易冷流、耐磨性差、成型和二次加工困难等不足,使其应用受到了限制[5～9].为此,人们利用不同种类的填料对 PTFE进行改性,并对 PTFE基复合材料的摩擦磨损性能进行了大量的研究,并在此基础上研制出了一系列 PTFE复合材料减摩、抗磨复合材料 .本文以 PTFE为基体,选用 TiO2粉末颗粒对PTFE进行填充改性,制备 PTFE基耐磨复合材料 .同时研究了填料含量对改性 PTFE复合材料力学及摩擦学性能的影响,并分析讨论其机理 .本实验所用主要原料及产地见表 1.1.2.1 试样制备流程复合材料的制备是由作为基的 PTFE粉末和作为第二相颗粒填料以一定的配比充分分散后,经过冷压成型后烧结而制备的 .复合材料的制备过程如图1.1.2.2 基体的处理本实验采用的是济南化工厂平均粒径约为48μm聚四氟乙烯树脂粉料 .在混料前应置于低温下冷冻 12 h以上,待混料时取出,捣碎过筛 .将TiO2填料按一定比例和PTFE粉末混合均匀后,按制品需要量,均匀地加入到模具型腔内,并用刮刀刮平,使混合粉末均匀铺满型腔 .此过程不允许用敲、震等方法填实材料,以免由于填料重量不一而形成偏析现象 .另外,加料时须一次加完,以免逐次加料,制品分层.加料完毕后,闭合模具,启动压机 .模压时,应缓慢升压,不可以采用冲击式加压 .施加压力达到设定值后,还需保压一定时间,使压力传递均匀,保压时间一般为 5～10m in,并放气 2～4次 .保压完毕后,缓慢卸压 .在脱模及搬运的过程中,应小心轻放,并且在脱模后型坯应在50℃的环境中放置 20～24 h.1.2.3 烧结固化将冷压的聚四氟乙烯型坯置于高温烧结炉内,缓慢加热到330℃左右再升温到380℃后保持一段时间,使分散的聚合物熔结成密实的整体 .然后缓慢降温冷却.1.3.1 摩擦磨损测试摩擦试验是在济南益华摩擦学测试技术有限公司出品的M-200型磨损试验机上进行磨损试验 .试验按 GB/T3960-1983进行摩擦磨损测试.实验前,试样和摩擦试验机表面都用800目金相砂纸打磨,抛光试样表面,并用酒精清洗,干燥后备用 .磨损试验机的圆环材质采用整体淬火低温回火态45号钢,硬度为 HRC45.1.3.2 复合材料拉伸性能测试选用济南天辰试验机制造公司生产的WDS系列电子万能试验机进行测试 .实验按GB/T1040-92进行,测试各试件的拉伸强度和伸长率,取 5个试样的平均值.1.3.3 硬度测试选用长春市恒越电子科技有限公司生产的HYQ-961塑料球压痕硬度计进行测试 .按 GB3398-82球压痕硬度试验方法测试聚合物 PTFE及其复合材料的硬度,加载时间为 30 s.硬度取 10个试样的平均值.PTFE基体中的第二相颗粒的含量是影响复合材料的摩擦学性能的主要因素之一 .本实验摩擦采用的实验条件为滑动线速度、磨擦时间、施加的载荷分别为0.6m/s,30m in,70 N.实验研究了 PTFE基复合材料中 TiO2对其摩擦性能的影响,测试结果如图2所示.由图 2(a)可知,TiO2的加入显著提高了材料的耐磨性,材料耐磨性的提高程度与填料含量有关 .实验中,纯 PTFE材料磨耗量很大,摩擦过程中有大量的 PTFE成片状况脱落,磨损失量极为严重;加入TiO2填料后,复合材料的磨损失重随颗粒含量的增加急剧减小 .在本实验条件下,复合材料中 TiO2的质量分数为 40%时,复合材料的耐磨耗性能最好 .一般认为,PTFE磨损的本质在于外力的作用下大分子链发生滑移或断裂,从而使 PTFE被拉出结晶区并成片状转移到对磨件表面,造成粘着磨损 .填料的表面效应使之可以吸附多条大分子链,填料间的大分子链相互缠结,从而使吸附大分子链的粒子能起到均匀分布载荷的作用 .当其中一条大分子链受到应力时,可通过填料粒子将应力分散到各分子链上,使应力均匀分布 .在此作用下填充 PTFE材料中的PTFE大分子链不容易发生滑移和断裂,因而使耐磨性提高 .另外,复合材料的硬度随TiO2含量的增加而逐渐增加,磨损过程中复合材料难以发生塑性变形,TiO2填料逐渐暴露,而与摩擦副表面接触,并承载了磨损过程中的大部分载荷,从而有效保护了PTFE基体 .同时,复合材料的硬度的增强还使得复合材料抵抗外物压入的能力增强,有效减少了摩擦过程中脱落的 TiO2填料压入复合材料表面的几率,降低了压入深度,使得复合材料表面的转移体积和犁削深度减小,而且事实证明复合材料中硬质颗粒的含量越多,这种作用越强 .当填料的质量分数超过 40%时,复合材料的耐摩性能随填料加入量的增加反而有所下降 .造成这种现象的原因在于:填料含时进一步进大时,会导致复合材料中TiO2填料难以均匀地分散,而使复合材料内部缺陷及应力增强 .另外,材料的硬度随着填料含量增加而增大的同时,材料的脆性也在增强,这就会降低材料对填料颗粒的固定能力 .于是在磨损过程中, TiO2脱落数量增加,并作为磨粒参与磨损,加剧了材料的磨损 .随着 TiO2填料含量的增大,材料与对膜面的摩擦系数不断增大 .于是在摩擦过程中会产生大量摩擦热,而由于基体的导热性差,摩擦热不能及时导出,使得颗粒附近聚集大量的摩擦热 .而PTFE又属于热塑性塑料,磨损表面会由于摩擦热而软化甚至熔融,PTFE基体材料在较高温度下发生软化现象,对TiO2的固定能力下降,造成 TiO2的脱落,使加速了复合材料的磨损 .图 2(b)表明,纯 PTFE在实验中具有最低的磨擦系数 .随聚合物基体中 TiO2颗粒的增加,复合材料的摩擦系数逐渐增加 .当颗粒含量小于 40%时摩擦系数变化幅度相对较大,当颗粒含量超过40%时,复合材料的摩擦系数随颗粒含量的增加进一步增加,但增加幅度较小.三方面的原因导致了复合材料摩擦系数随 PTFE基体中 TiO2的加入而增大:(1)摩擦系数增大的原因来自于复合材料表面的组成,也就是说,随着复合材料表面填料含量的变化,摩擦系数也在相应发生变化 .随 TiO2体积含量的增加,试样表面的 TiO2成分也随之增多,在摩擦面上面积含量也越大,TiO2粒子参与摩擦的几率也增大,从而使材料的摩擦因数增大 .(2)压力与相对运动是产生摩擦力的原因,而材料与金属间的相对运动必须克服摩擦副微凸体间啮合的阻碍作用,而且填料越多这种作用越强,摩擦力越大,摩擦系数越大 .(3)颗粒填粒的加入在摩擦过程中能够破坏转移膜,使PTFE转移膜难以在对磨面表面形成完整的润滑膜,从而提高了复合材料的摩擦系数. TiO2颗粒含量是复合材料拉伸性能的重要影响因素之一 .选择 TiO2填料粒径为44μm,在5mm/m in的实验速度下进行测试,结果如图 3所示.复合材料的 PTFE基体的连续性使其具有传递应力、链接增强相的作用 .随着填料含量的增多,过多的填料将破坏基体的连续性,从而使其内部缺陷增多,基体应力传递能力下降 .同时由于 TiO2颗粒与基体结合形成的界面为机械结合,基体与填料的界面粘结性能很差,当受到张力时,填料与基体容易脱粘,产生微小空洞,导致断裂伸长率下降 .填料对复合材料拉伸性能影响情况如图 3所示 .当填料的质量分数小于 40%时,TiO2/PTFE复合材料随填料加入量的增加拉伸力学性能逐渐降低,但降低幅度较小;当填料的质量分数大于 40%时,复合材料的拉伸力学性能急剧下降 .着硬质材料TiO2体积分数的增大而增大 .因此填料的加入会使改性 PTFE复合材料的弹性模量增加,从而增加其硬度 .同时,PTFE基体强烈的非极性特点,致使其表面能极低,无法与无机填料 TiO2形成良好的界面,界面性能差,削弱了填料的增强作用 .所以过多填料颗粒的加入反而不利于复合材料的硬度提高.复合材料的硬度除受基体性能的影响外,在很大程度上还受增强材料性能、形貌和添加量的影响 .聚四氟乙烯硬度低、承载能力差,外力作用下易发生形变 .本试验对不同粒径 (分别为 44,15和10μm),不同含量 TiO2颗粒填充的 PTFE复合材料的硬度进行了测量 .结果如图 4所示 .由图 4可见,随填料含量的增加,复合材料的硬度逐渐增大 .当填料的质量分数小于40%时,复合材料硬度随填料颗粒的增加,复合材料的硬度增大较为显著,当填料的质量分数超过 40%时,随填料的增加,复合材料的硬度增加幅度减小 .这是因为,复合材料的弹性模量与 PTFE的弹性模量的比值随另外,从图 4中还可以看出:三种不同粒径的填料填充 PTFE复合材料的硬度都是随填料含量的增加而增大,但填料颗粒粒径不同复合材料的硬度的变化趋势也有差别,即在低的体积填充含量时,在相同的质量分数下,小粒径的 TiO2填充 PTFE的复合材料的硬度大于其他两种大粒径的 TiO2填充 PTFE的复合材料的硬度 .此外粒径大的 TiO2填充 PTFE复全材料的最佳含量高于粒径小的 TiO2填充的 PTFE复合材料 .这是因为填料粒径对复合材料硬度的影响存在正反两方面的作用:一方面,颗粒增强PTFE基体的主要机理是通过界面剪切力承担载荷,在颗粒含量相同的情况下,随颗粒径的减小,复合材料的中颗粒间距也减小,其硬度逐渐增大;另一方面随颗粒粒径减小,单位体积颗粒的比表面积增大,与基体的形成的界面面积也增大,复合材料内部的缺陷增加,导致复合材料硬度下降 .(1)TiO2/PTFE复合材制的摩擦系数随着 TiO2含量的增加而增大,当达到 40%(质量分数)时抗磨损能力达到最佳;随载荷的增加,复合材料的摩擦系数减小,耐磨耗性能降低 .(2)随 TiO2颗粒含量的增加,复合材料的拉伸力学性能逐渐下降,大于 40%时,复合材料的拉伸力学性能急剧下降;当填料质量分数小于 40%时,复合材料的硬度增大较为显著 .(3)TiO2填充 PTFE复合材料,TiO2颗粒的质量分数为 40%时,复合材料的综合性能最佳 .【相关文献】[1] 古年年 .聚四氟乙烯复合材料的物理机械性能[J].润滑与密封,1997,(06):51-56.[2] 潘鼎,曾凡龙,荣海琴 .中国复合材料的发展与展望[J].玻璃钢,2006,(03):32-37.[3] 黄丽,孙正滨 .PTFE复合材料力学与摩擦性能的研究[J].复合材料学报,2000,17(4):54-57.[4] 石安富,龚云表 .工程塑料手册[M].上海:上海科学技术出版社,2003.676-698.[5] GlaeserW A,Ludem a K C,Rhee SC,et al.W earofM aterials[M].New York:ASME,1977.510-515.[6] 汪萍 .聚四氟乙烯的烧结工艺技术 [J].工程塑料应用,2001,(03):19-21.[7] 汪萍 .聚四氟乙烯大型压制品的生产技术 [J].塑料科技,2002,2(148):34-37.[8] 刘先兰 .聚四氟乙烯 (PTFE)制品的成型工艺及质量分析[J].现代机械,2003,(03):77-79.[9] 雷声 .青铜-聚四氟乙烯复合材料温压新工艺[J].安徽建筑工业学院学报,2002,10(2):66-71.。
第52卷第6期表面技术2023年6月SURFACE TECHNOLOGY·369·表面功能化PTFE–SiO2复合涂层电子发射特性及抑制放电蔡亚辉a,b，王丹a,b，张雯c，贺永宁a,b（西安交通大学 a.电子与信息学部微电子学院b.西安市微纳电子与系统集成重点实验室c.理学院，西安 710049）摘要：目的调控空间电子器件有机介质聚四氟乙烯（PTFE）表面的二次电子发射系数（SEY）接近1，以降低表面电荷沉积速率，减少静电放电（ESD）的发生。
方法通过磁力搅拌将PTFE分散液和SiO2粉末混合均匀，制备不同浓度配比的PTFE–SiO2混合溶液，将混合溶液旋涂在覆铜板表面，在80 ℃烘箱中加热4 h得到复合涂层。
利用扫描电子显微镜（SEM）对涂层表面形貌进行观察，采用局域漏电流法对复合涂层的二次电子发射系数进行测试，通过MATLAB对表面电势进行仿真计算，在SEM中对复合涂层放电特性进行测试。
结果从SEM图可以看出，随着SiO2浓度的增大，复合涂层表面SiO2颗粒变得密集。
从SEY测试结果可以看出，在SEY>1的能量区间内，复合涂层的SEY随SiO2浓度的增大而逐渐降低，当SiO2质量分数大于15%后，涂层的SEY基本保持不变；在SEY<1的能量区间内，当SiO2浓度为15%时，复合涂层的SEY达到最大值。
表面电势仿真计算结果及放电测试结果显示，复合涂层能有效降低表面电荷沉积速率及增大放电阈值。
结论当SiO2颗粒质量分数为15%时，复合涂层SEY的调控效果最显著，SEY最大值从2.0变化到1.6，10 keV能量下的SEY从0.6变化到0.8。
当SiO2颗粒质量分数大于15%时，复合涂层能有效降低真空器件PTFE表面电荷沉积速率，提高放电阈值，减少静电放电的发生。
因此，这是一种有效提高航天器电子器件可靠性和工作时间的表面处理方法。
关键词：空间电子器件；静电放电；SiO2；PTFE；复合涂层；二次电子发射系数中图分类号：O462.2；V261.93 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)06-0369-08DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.06.033Electron Emission Characteristics and Discharge Suppressionof PTFE-SiO2 Composite CoatingCAI Ya-hui a,b, WANG Dan a,b, ZHANG Wen c, HE Yong-ning a,b(a. School of Microelectronics, Faculty of Electronic and Information Engineering, b. The Key Lab of Micro-nano Electronicsand System Integration of Xi'an City, c. School of Science, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China) ABSTRACT: Polytetrafluoroethylene (PTFE) is widely used in spacecraft, but charge accumulation occurs when PTFE is收稿日期：2022–04–23；修订日期：2022–10–25Received：2022-04-23；Revised：2022-10-25基金项目：国家自然科学基金（62101425）Fund：National Natural Science Foundation of China (62101425)作者简介：蔡亚辉（1995—），男，博士生，主要研究方向为电子发射和显微分析。
目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)第一章绪论 (3)1.1 自润滑复合材料的研究及应用 (3)1.2 自润滑复合材料的类型 (3)1.3 自润滑复合材料及其摩擦学研究现状 (5)1.4 PTFE基三层复合材料的研究及应用 (5)1.5本论文研究的目的及内容 (7)第二章 PTFE三层复合材料实验测试 (8)2.1 实验装置 (8)2.2 实验条件 (9)2.3 实验小结 (10)第三章不同填料组合对复合材料摩擦学性能的影响 (11)3.1 三层复合材料的配方 (11)3.2 干摩擦条件下的实验结果和分析 (11)3.2.1 实验条件 (11)3.2.2 实验结果 (12)3.2.3 实验分析 (13)3.3 边界润滑条件下的实验结果和分析 (22)3.3.1 实验条件 (22)3.3.2 实验结果 (22)3.3.3 实验分析 (23)3.4 油润滑条件下的实验结果和分析 (33)3.4.1 实验条件 (33)3.4.2 实验结果 (33)3.4.3 实验分析 (34)3.5 本章小结 (43)第四章不同填料的PTFE基三层复合材料磨损机理分析 (44)4.1 不同填料加入量对磨损机理的影响 (44)4.1.1 石墨加入对磨损机理的影响 (44)加入对磨损机理的影响 (45)4.1.2 MoS24.2 填料种类对磨损机理的影响 (46)4.3 多种填料协同添加对磨损机理的影响 (47)4.4 本章小结 (49)第五章结论及展望 (50)5.1 结论 (50)5.2 展望 (50)致谢 (50)参考文献 (50)插图清单未找到图形项目表。
图4.1.2干摩擦12#和13#光学显微照错误!未定义书签。
图4.2 干摩擦22#和23#光学显微照 .................................... 错误!未定义书签。
图4.3 干摩擦10#，12#和14#光学显微照 (49)表格清单未找到图形项目表。
《荧光氮掺杂碳点的制备及其在Hg～(2+)检测中的应用》篇一荧光氮掺杂碳点的制备及其在Hg~(2+)检测中的应用一、引言近年来，荧光碳点因其优良的光学性质、化学稳定性和生物相容性等优点，在生物医学、环境监测、分析化学等领域具有广泛的应用前景。
特别是氮掺杂的碳点（N-doped Carbon Dots，CDs）由于其较高的荧光量子产率以及多样化的制备方法而受到关注。
本篇论文主要讨论荧光氮掺杂碳点的制备方法，并探讨其在Hg~(2+)检测中的应用。
二、荧光氮掺杂碳点的制备1. 材料与试剂制备荧光氮掺杂碳点所需的材料包括：碳源（如葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮等）、氮源（如氨水、尿素等）以及其他辅助试剂。
所有试剂均需为分析纯，且在实验前需进行适当的预处理。
2. 制备方法荧光氮掺杂碳点的制备方法主要包括以下步骤：首先，将碳源和氮源在适当条件下进行混合和热解；然后，通过酸洗、透析等手段对产物进行纯化；最后，获得纯净的荧光氮掺杂碳点。
三、Hg~(2+)检测原理及实验方法1. 检测原理Hg~(2+)与荧光氮掺杂碳点之间的相互作用可导致碳点的荧光强度发生变化。
利用这一特性，我们可以实现Hg~(2+)的定量检测。
2. 实验方法（1）标准曲线的制备：将不同浓度的Hg~(2+)溶液与荧光氮掺杂碳点混合，测定其荧光强度，绘制标准曲线。
（2）样品检测：将待测样品与荧光氮掺杂碳点混合，测定其荧光强度，根据标准曲线计算Hg~(2+)的浓度。
四、实验结果与讨论1. 实验结果通过实验，我们成功制备了荧光氮掺杂碳点，并发现Hg~(2+)与其之间存在明显的相互作用。
在Hg~(2+)浓度较低时，随着浓度的增加，荧光强度逐渐增强；当Hg~(2+)浓度达到一定值时，荧光强度达到最大值并保持稳定。
此外，我们还发现制备的荧光氮掺杂碳点具有良好的稳定性和重复性。
2. 讨论（1）荧光氮掺杂碳点的制备过程中，氮源的种类和比例对产物的荧光性能具有重要影响。
通过优化制备条件，可以提高产物的荧光量子产率。
PTFE编织复合材料摩擦特性研究刘建;张永振;杜三明;刘敬超【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2012(000)008【摘要】在高速摩擦磨损试验机上以摆动频率、载荷为变量对PTFE编织复合材料进行于摩擦性能测量实验,分析摆动频率、载荷对摩擦因数的影响规律.结果表明:材料的摩擦因数随载荷增大呈稳定降低趋势,最后趋于平稳.在20～40kN载荷范围内,摩擦因数随摆动频率的增大经过一个最小值后上升到稳定值.载荷对摩擦因数的影响大于频率的影响.通过扫描电子显微镜对不同载荷频率下产生的PTFE编织复合材料转移膜的分析,从微观上解释了摆动频率、载荷影响PTFE编织复合材料摩擦因数的作用机理.【总页数】4页(P69-72)【作者】刘建;张永振;杜三明;刘敬超【作者单位】西北工业大学机电工程学院,西安710072;西北工业大学机电工程学院,西安710072;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003;河南科技大学材料摩擦学重点实验室,河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TH117【相关文献】1.高速摆动条件下PTFE编织复合材料干摩擦热行为研究 [J], 康克家;杜三明;张永振;赵飞2.PTFE编织复合材料重载关节轴承的旋转摩擦特性 [J], 向定汉;潘青林;骆心怡3.摩擦温度对PTFE编织复合材料摩擦特性的影响 [J], 张智源;杜三明;张永振;刘建4.高速摆动下PTFE编织复合材料干摩擦研究 [J], 康克家;杜三明;张永振;逄显娟5.PTFE复合材料密封圈摩擦特性的对比研究 [J], 叶素娟; 黄兴; 王文虎; 郭飞; 夏迎松; 李国一; 谭锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号：093538吸附－热催化复合材料的净化能力研究∗张舸1张寅平1魏文丁2（1 清华大学建筑技术科学系，北京，100084）（2 北京科技大学土木与环境工程学院，北京，100083）（Tel：************,Email：********************）摘要：针对室内常见的有机污染物，制作了低能耗且无二次污染的吸附－热催化复合空气净化材料。
根据净化实验结果，发现原料用量为1：1的0.25%Pt热催化－硅胶复合材料对空气中的甲醛、苯、甲苯净化效果最好。
此外，实验中发现复合材料对甲醛、苯、甲苯的净化能力都有时效性，因此在实际应用中应注意对复合材料的再生。
关键词：室内空气品质；VOC；吸附；热催化；复合净化材料0. 引言目前我国室内空气污染问题非常严重。
室内空气的主要污染源之一是有机挥发物(Volatile Organic Compound，简称VOC)。
针对室内空气中的VOC类污染物，开发净化效率高、能量消耗低、不产生二次污染的净化技术和设备具有重要的意义。
根据美国锡拉库扎大学（Syracuse University）对多种便携式空气净化器的研究结果[1]，在众多的室内VOC的臭氧氧化、空气离子化、光催化氧化及物理吸附等若干净化方法中，吸附是目前众多原理中最有效的一种。
吸附净化的特点是净化效率高，无中间产物，材料的使用寿命长。
近年来出现了一种室温下即具有很高净化效率的热催化技术，无需外界能源，尤其适合催化甲醛这样的小分子。
Peng、Wang等人的研究表明[2]，这种热催化材料能够在无需能量消耗情况下长期稳定地将不易吸附的甲醛分子催化氧化成水和二氧化碳，但是目前这种方法尚难以处理甲醛以外的VOC分子。
因此，将具有广谱性吸附效果的吸附材料和能净化甲醛的热催化联合起来净化空气的技术非常有前途。
首先催化材料的分解作用降低了空气中的甲醛浓度，则相当于扩大了吸附材料的吸附能力；另外，甲醛分子在吸附材料的作用下富集在复合材料的周围，有利于提高催化材料的效率。
PTFE 复合材料吸附烟气中SO 2和Hg 的实验研究*张建星1邓双2，3姚福德1王琳琳1陈小鹏1张凡2张辰2（1.广西大学化学化工学院，南宁530004；2.中国环境科学研究院，北京100012；3.环境基准与风险评估国家重点实验室，北京100012）摘要：以煤质活性炭为原料、乙醇溶液为分散剂和PTFE （聚四氟乙烯）乳液为粘结剂制备了PTFE 复合材料吸附剂，采用KI 浸渍负载和HNO 3浸渍氧化的方法对复合材料进行了改性以提高其对烟气中SO 2和Hg 的吸附性能。
采用固定床吸附性能评价装置对复合材料的脱硫脱汞性能进行了评价，并对不同改性方法的可能吸附机理进行了分析。
结果表明：复合材料的SO 2吸附寿命延长了2倍，这可能是由于PTFE 的疏水性能造成的。
并且复合材料经两种方法改性处理后，脱硫脱汞能力均有了较大地提高，HNO 3改性复合材料脱硫效果更好，单位SO 2脱除量可增加25mg /g ，而KI 改性复合材料具有更好的脱汞效果，单位汞吸附量增大1.6倍左右。
关键词：复合材料；疏水；二氧化硫；汞；吸附DOI ：10.13205/j．hjgc．201411021STUDY ON ABSOＲBING SULFUＲDIOXIDE AND MEＲCUＲY FＲOM SIMULATEDFLUE GAS BY PTFE COMPOSITE MATEＲIALSZhang Jianxing 1Deng Shuang 2，3Yao Fude 1Wang Linlin 1Chen Xiaopeng 1Zhang Fan 2Zhang Chen 2（1.School of Chemistry and Chemical Engineering ，Guangxi University ，Nanning 530004，China ；2.Chinese Ｒesearch Academy of Environmental Sciences ，Beijing 100012，China ；3.State Key Laboratory for Environment Criteria and Ｒisk Assessment ，Beijing 100012，China ）Abstract ：PTFE （polytetrafluoroethylene ）composite material was prepared using coal-based activated carbon as the raw material ，ethanol solution as the dispersant and PTFE emulsion as the binder．The composite material was modified by impregnation with KI and HNO 3respectively ，to improve the adsorption performance of SO 2and mercury．A bench-scale fixed bed was employed to examine SO 2and mercury adsorption behaviors．Adsorption mechanisms of the composite materials were discussed．The experimental results showed that the adsorption longevity for SO 2increased by two times．This could be resulted from hydrophobic properties of PTFE．The adsorptive capacities of SO 2and mercury for both modified composite materials were greatly improved．HNO 3modified composite had a better SO 2adsorption performance ，whose SO 2adsoption increased by 25mg /g．KI modified composite showed a better mercury adsorption performance ，and its mercury adsorption capacity increased by 1.6times．Keywords ：composite material ；hydrophobicity ；sulfur dioxide ；mercury ；adsorption*国家高技术研究发展技术（863计划）（2012AA062505）；留学人员科技活动项目（环人干［2011］180号）。
收稿日期：2013－12－040引言2011年国家环保部颁布了最新修订的GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》［1］，该标准进一步降低了SO 2的排放限值，其中重点区域的最低排放浓度由400mg /m 3降至50mg /m 3，这对燃煤烟气的脱硫提出了新的挑战，并且首次提出了火电厂大气汞（Hg ）的排放限值。
燃煤烟气中的汞包括单质汞、氧化态汞和颗粒态汞，其中单质汞较难去除，是烟气中汞污染控制的难点［2-3］。
汞吸附剂喷入技术是目前最有效的燃煤烟气专门脱汞技术，对单质汞具有较高的脱除能力。
目前研究的吸附剂类型主要有碳基吸附剂、飞灰、矿物类吸附剂、金属类吸附剂、金属化合物类吸附剂和络合吸附剂等［4-5］，其中活性炭是公认的吸附效率最佳且较成熟的燃煤烟气汞吸附剂。
但是该技术采用将活性炭直接喷入烟道的工艺，因此需要电厂配备额外的喷入装置，且吸附剂消耗量大，因此脱汞的成本较高［6-7］。
如何有效提高燃煤烟气汞吸附剂的吸附效率且改变吸附工艺，降低成本是目前此类研究的关键。
目前我国普遍采用的石灰石－石膏湿法燃煤烟气脱硫技术（WFGD），其脱硫效果达到愈加严格的新标准要求有一定的难度，尤其针对以高硫煤为燃料的火电厂［8］。
活性炭吸附法脱硫是众多烟气脱硫技术之一，可以用来脱除低浓度烟气条件下的SO2，并且具有投资少、不需工艺用水、没有二次污染等优点［9-10］。
但其吸附活性中心易被生成的H2SO4溶液覆盖造成吸附剂失活，要进行再生才能恢复活性［11］。
大量的文献报道，PTFE（聚四氟乙烯）具有良好的憎水性和粘结性，可以用做材料制备的疏水载体，且易成型。
目前国内外关于PTFE制备疏水催化剂已经有了近40年的历史［12-13］。
因此本研究拟制备新型的PTFE活性炭复合吸附材料，并采用化学法对其改性以提高复合材料的协同脱硫脱汞性能和寿命，为开发新型高效燃煤烟气协同脱硫和脱汞工艺提供基础。
1实验部分1.1实验试剂实验所需化学试剂和规格如表1所示。
表1实验试剂和规格Table1The experiment reagents and specifications名称化学式规格/型号生产厂家PTFE乳液（C2F4）n TE30美国杜邦公司乙醇C2H5OH分析纯北京化学试剂公司碘化钾KI分析纯北京化学试剂公司硝酸HNO3分析纯北京化学试剂公司1.2复合材料的制备及改性采用去离子水洗涤煤质活性炭，去除表面的灰分后放入烘箱干燥；称取一定质量的煤质活性炭样品放入烧杯，加入蒸馏水润湿；逐滴滴加PTFE乳液和乙醇溶液，高速搅拌1h；将混合后的膏状物压制成片，于150ħ烘箱中干燥热处理5h，得到成型的复合材料；称取复合材料2份放入烧杯，分别加入一定浓度的KI和HNO3溶液，室温浸渍36h后，再用去离子水洗至中性，过滤后干燥3h。
1.3样品吸附性能评价将制备的吸附剂在固定床吸附评价装置上进行模拟烟气中SO2和Hg吸附性能的评价，如图1所示。
该装置包括模拟烟气、固定床反应、检测和尾气吸收四部分，实验管路均为PTFE管，并用可控温电加热带对管路进行保温。
图1固定床吸附评价装置示意Fig．1Schematic diagram of fixed bed adsorption evaluation device模拟烟气由钢瓶气体N2、O2和SO2+N2经混合而成，气体总流量为1.2L/min，汞渗透管载气流量为300mL/min，入口汞浓度为16μg/m3，SO2浓度为2857mg/m3，水蒸汽通过微型蠕动泵将水注入加热管路中；固定床吸附反应器由开启式电阻炉、石英反应管和溶液接收器组成，反应温度控制在60ħ；检测部分由烟气分析仪和测汞仪组成，采用的分析测试方法见1.4；尾气处理器由活性炭吸附柱和NaOH吸收液组成。
脱硫和脱汞性能实验的吸附剂用量分别为1.4，0.7g。
吸附剂的吸附性能采用单位吸附量表示，计算公式见式（1）：q=［Q∫t0（C0－C t）d t］/m（1）式中：q为单位吸附量，SO2为mg/g，单质汞为ng/g；Q为气体总流量，L/min；C为入口浓度，C i为出口浓度，SO2浓度为mg/m3，汞浓度为μg/m3；m为吸附剂炭含量，g。
1.4分析测试方法烟气中SO2浓度采用青岛崂应公司3012H型自动烟气测试仪分析。
应用定电位电解法定性定量测定有害气体，可测O2、SO2、NO、NO2等气体。
烟气中汞浓度则采用俄罗斯Lumex公司ＲA-915M型测汞仪分析。
利用汞原子蒸气对254nm共振发射线的吸收来进行分析，并通过塞曼效应进行背景校正，检出下限2ng/m3。
98Air Pollution Control采用日本HITACHI 公司S-4800型扫描电子显微镜（SEM ）考察吸附剂的形貌，仪器加速电压为15kV ，放大倍数分别为100倍和5000倍。
2结果与讨论2.1复合材料的脱硫脱汞性能采用相同炭含量的复合材料与原始煤质活性炭进行硫脱除性能的比较，结果如图2所示。
由图2可见：复合材料的脱硫性能高于煤质活性炭，20min 时单位SO 2脱除量达到12.5mg /g ，增加了87%；并且复合材料具有较长吸附寿命，煤质活性炭在6min 时已经失去脱硫活性，而复合材料可长达12min 。
SO 2可能的吸附机理如下：在吸附剂表面活性中心上，烟气中的SO 2、O 2和水蒸气被吸附，SO 2与O 2发生催化反应生成了SO 3，SO 3与H 2O 最终生成硫酸［14］。
活性中心被生成的H 2SO 4溶液覆盖，是活性炭失活的原因，需要进行再生才能恢复活性［10］。
复合材料具有较长吸附寿命的原因是由于PTFE不仅起图2复合材料的SO 2吸附性能Fig．2SO 2adsorption performance of the composite materials到粘结剂的作用，同时又可以充当疏水剂，提供疏水环境，使活性中心不易被H 2SO 4溶液所覆盖。
