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辐射化学与材料课题组

辐射化学与材料课题组

  • 带 头 人: 翟茂林
  • 团队人员:4人
  • 研究领域: 工程与技术科学类 材料科学
  • 地 区:北京市海淀区
概况 成员 教实 项目 成果 合作

团队简介

本课题组以翟茂林教授为组长,由魏根拴教授, 彭静副教授,李久强高级工程师,和一群高学历人才主组成,主要进行辐射化学与功能高分子材料方面的基础研究及应用基础研究工作。

团队亮点

本课题组主要进行辐射化学与功能高分子材料方面的基础研究及应用基础研究工作。

团队细分研究方向

  • 辐射化学
  • 离子液体、冠醚等分离试剂的辐射化学研究;先进核燃料循环后处理工艺及高放废液处置中的辐射化学研究。
  • 功能材料
  • 天然高分子材料的辐射功能化及应用;特种性能高分子凝胶、微球及膜材料的辐射合成及应用;无机纳米材料的辐射改性及应用。

团队研究成果汇总

已发表的学术论文:39 【其中SCI论文 39 篇、EI论文 0 篇】

已授权的专利:18【其中国际专利 0 项、国内发明专利 18 项、国内实用新型专利0项】

成果实物图

团队动态

  • 2012-01-04
  • 参加乏燃料后处理中新型分离试剂离子液体体系的辐射效应研究,自然科学基金重大研究计划。
  • 2011-05-19
  • 参加离子液体微观结构及Sr(II)萃取体系的同步辐射研究,自然科学基金重点项目。
  • 2010-06-30
  • 参加钒液流电池氟化离子交换膜的可控辐射合成策略,自然科学基金面上项目。
  • 2010-07-13
  • 参加冠醚离子液体萃取体系的辐射化学稳定性及辐解机理研究,自然科学基金面上项目。
  • 2010-06-25
  • 参加硅胶与 PP/PE 基无纺布的表面改性及其对重金属离子的选择性吸附研究,科技部中-土科技合作项目。

带头人介绍

翟茂林

北京大学化学与分子工程学院教授

邮箱: mlzhai@pku.edu.cn 办公电话:+86-10-62753794

研究方向:(1)特种功能高分子凝胶、微球及膜材料的辐射合成及其在超级电容器,钒液流电池,锂同位素分离,铬、铼等重金属废水吸附分离方面的应用研究; (2)石墨烯、金属纳米材料的辐射制备及其在超级电容器、催化剂等方面的应用研究; (3)先进核燃料循环中分离试剂的辐射化学研究, 包括次锕系/镧系萃取体系以及基于功能离子液体的新型萃取分离体系等的辐射效应研究; (4)核辐射场及太空辐射环境中高分子及其复合材料的辐射效应研究,研发耐辐射稳定性的高分子复合材料;

翟茂林,教授,博士生导师。 1990年,北京理工大学工学学士 1993年,北京大学理学硕士 1999年,北京大学理学博士 1998年,日本原子能研究所研究员(Co-Researcher) 2001-2002年,日本原子能研究所,东京大学日本学术振兴会资助博士后(JSPS) 2008-2009年,日本原子能研究机构特聘研究员(JAEA Fellow) 主讲课程: 化学工程基础(本),高分子辐射化学(研)

带头人社会兼职

中国核学会辐射研究与应用学会副理事长,中国同位素与辐射行业协会常务理事,北京核学会常务理事,IAEA/RCA辐射加工项目中国国家技术协调员,《辐射研究与辐射工艺学报》编委, 《核化学与放射化学》编委等。

研究团队

  • 魏根拴
  • 彭静
  • 李久强

学生团队

  • 代国亮
  • 韩冬

荣誉/奖项

  • 2013年
  • 北京市科学技术奖三等奖
  • 2009年
  • “全国百篇优秀博士 学位论文指导教师”奖

主办期刊

  • 《辐射研究与辐射工艺学报》
  • 《核化学与放射化学》
  • 《辐射研究与辐射工艺学报》
  • 《核化学与放射化学》

教学情况

  • 本科教程
  • 化工基础

  • 研究教程
  • 高分子辐射化学;前沿文献阅读

  • 教学荣誉
  • “全国百篇优秀博士 学位论文指导教师”奖

实验室概况

气相测谱仪

性能参数:操作显示:192×64点阵液晶,中英文显示。 温控范围:室温+3℃~450℃,增量:0.1℃, 精度:±0.1℃ 程序升温阶数:16阶 程升速率:70℃/min(~200℃) 50℃/min(~350℃) 35℃/min(~450℃) 检测器种类:FID、TCD、ECD、FPD、NPD 5 种检测器可选 通信接口:以太网:IEEE802.3 主机尺寸:660×560×480(mm)

气相测谱仪

操作人员: 分析人员:

收费标准: 0.0 元/次

联系人员:

联系电话: +86-10-62757193 联系邮箱:mlzhai@pku.edu.cn

60Co γ 辐射装置

性能参数:剂量率:10-130 Gy/min 孔道直径:A:30mm;B:20mm;C:15mm

60Co γ 辐射装置

操作人员: 分析人员:

收费标准: 0.0 元/次

联系人员:

联系电话: +86-10-62757193 联系邮箱:mlzhai@pku.edu.cn

冷冻干燥机

性能参数:真空泵抽气量:D4B型4.8立方米/时,D8B型9.7立方米/时4.微处理控制系统,可显示时间、温度、真空度;可与电脑连接显示并打印冻干曲线图冷凝器温度及预冻温度:-58摄氏度,最低可至-80摄氏度

冷冻干燥机

操作人员: 分析人员:

收费标准: 0.0 元/次

联系人员:

联系电话: +86-10-62757193 联系邮箱:mlzhai@pku.edu.cn

主要科研项目

钒液流电池氟化离子交换膜的可控辐射合成策略

国家级

项目来源:

项目经费:35.0万

项目负责人:翟茂林

项目简介:全钒氧化还原液流电池(VRFB)具有储能效率高、循环寿命长、安全可靠、低成本等优点,在大规模储能中具有良好的应用前景。离子交换膜是液流电池的核心功能材料,本项目中我们致力于通过辐射技术与可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)及溶液相转换法等技术相结合优化离子交换膜的结构性能,旨在提高离子交换膜的化学稳定性及电导率,并降低钒离子的透过性。在制备高化学稳定性离子交换膜方面, 首先系统评价了接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)的阴离子交换膜的化学稳定性(J Membr Sci, 2011, 376: 70-77)。然后以含氟聚合物膜为基材,共辐射接枝DMAEMA和α-甲基苯乙烯两种单体合成了一种新型的高化学稳定性的两性离子交换膜(J Membr Sci, 2012,407-408:184-192)。在优化合成工艺方面,我们采用辐射技术与溶液相转化法相结合,在聚偏氟乙烯膜(PVDF)粉体上接枝苯乙烯和 DMAEMA单体制备了新型的两性离子交换膜。相比于传统的以 PVDF 膜为基材接枝的两性离子交换膜,这种新工艺制备的两性离子交换膜的离子交换基团在膜内分布更均匀,因而具有更高的电导率(J Membr Sci, 2012,419-420: 1-8; 中国发明专利 ZL 201110090533.X);我们亦采用辐射接枝技术在PVDF膜上共辐射接枝DMAEMA和对苯乙烯磺酸钠合成了高性能的两性离子交换膜,这种新方法不需要磺化,合成工艺对环境更为友好。由于传统的辐射接枝是一种自由基聚合过程,对接枝链的长度和分布不能实现有效的控制,我们进一步采用辐射接枝与RAFT 活性聚合相结合的方法在含氟聚合物膜基材上进行了DMAEMA以及DMAEMA与对苯乙烯磺酸钠可控接枝,结果表明采用可控接枝制备的离子交换膜具有更均匀的接枝链分布,因而具有更高的离子交换容量及电导率。上述研究成果为离子交换膜材料的设计提供了新的途径。

钒液流电池氟化离子交换膜的可控辐射合成策略

国家级

项目来源:

项目经费:35.0万

项目负责人:翟茂林

项目简介:全钒氧化还原液流电池(VRFB)具有储能效率高、循环寿命长、安全可靠、低成本等优点,在大规模储能中具有良好的应用前景。离子交换膜是液流电池的核心功能材料,本项目中我们致力于通过辐射技术与可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)及溶液相转换法等技术相结合优化离子交换膜的结构性能,旨在提高离子交换膜的化学稳定性及电导率,并降低钒离子的透过性。在制备高化学稳定性离子交换膜方面, 首先系统评价了接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)的阴离子交换膜的化学稳定性(J Membr Sci, 2011, 376: 70-77)。然后以含氟聚合物膜为基材,共辐射接枝DMAEMA和α-甲基苯乙烯两种单体合成了一种新型的高化学稳定性的两性离子交换膜(J Membr Sci, 2012,407-408:184-192)。在优化合成工艺方面,我们采用辐射技术与溶液相转化法相结合,在聚偏氟乙烯膜(PVDF)粉体上接枝苯乙烯和 DMAEMA单体制备了新型的两性离子交换膜。相比于传统的以 PVDF 膜为基材接枝的两性离子交换膜,这种新工艺制备的两性离子交换膜的离子交换基团在膜内分布更均匀,因而具有更高的电导率(J Membr Sci, 2012,419-420: 1-8; 中国发明专利 ZL 201110090533.X);我们亦采用辐射接枝技术在PVDF膜上共辐射接枝DMAEMA和对苯乙烯磺酸钠合成了高性能的两性离子交换膜,这种新方法不需要磺化,合成工艺对环境更为友好。由于传统的辐射接枝是一种自由基聚合过程,对接枝链的长度和分布不能实现有效的控制,我们进一步采用辐射接枝与RAFT 活性聚合相结合的方法在含氟聚合物膜基材上进行了DMAEMA以及DMAEMA与对苯乙烯磺酸钠可控接枝,结果表明采用可控接枝制备的离子交换膜具有更均匀的接枝链分布,因而具有更高的离子交换容量及电导率。上述研究成果为离子交换膜材料的设计提供了新的途径。

钒液流电池氟化离子交换膜的可控辐射合成策略

国家级

项目来源:

项目经费:35.0万

项目负责人:翟茂林

项目简介:全钒氧化还原液流电池(VRFB)具有储能效率高、循环寿命长、安全可靠、低成本等优点,在大规模储能中具有良好的应用前景。离子交换膜是液流电池的核心功能材料,本项目中我们致力于通过辐射技术与可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)及溶液相转换法等技术相结合优化离子交换膜的结构性能,旨在提高离子交换膜的化学稳定性及电导率,并降低钒离子的透过性。在制备高化学稳定性离子交换膜方面, 首先系统评价了接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)的阴离子交换膜的化学稳定性(J Membr Sci, 2011, 376: 70-77)。然后以含氟聚合物膜为基材,共辐射接枝DMAEMA和α-甲基苯乙烯两种单体合成了一种新型的高化学稳定性的两性离子交换膜(J Membr Sci, 2012,407-408:184-192)。在优化合成工艺方面,我们采用辐射技术与溶液相转化法相结合,在聚偏氟乙烯膜(PVDF)粉体上接枝苯乙烯和 DMAEMA单体制备了新型的两性离子交换膜。相比于传统的以 PVDF 膜为基材接枝的两性离子交换膜,这种新工艺制备的两性离子交换膜的离子交换基团在膜内分布更均匀,因而具有更高的电导率(J Membr Sci, 2012,419-420: 1-8; 中国发明专利 ZL 201110090533.X);我们亦采用辐射接枝技术在PVDF膜上共辐射接枝DMAEMA和对苯乙烯磺酸钠合成了高性能的两性离子交换膜,这种新方法不需要磺化,合成工艺对环境更为友好。由于传统的辐射接枝是一种自由基聚合过程,对接枝链的长度和分布不能实现有效的控制,我们进一步采用辐射接枝与RAFT 活性聚合相结合的方法在含氟聚合物膜基材上进行了DMAEMA以及DMAEMA与对苯乙烯磺酸钠可控接枝,结果表明采用可控接枝制备的离子交换膜具有更均匀的接枝链分布,因而具有更高的离子交换容量及电导率。上述研究成果为离子交换膜材料的设计提供了新的途径。

钒液流电池氟化离子交换膜的可控辐射合成策略

国家级

项目来源:

项目经费:35.0万

项目负责人:翟茂林

项目简介:全钒氧化还原液流电池(VRFB)具有储能效率高、循环寿命长、安全可靠、低成本等优点,在大规模储能中具有良好的应用前景。离子交换膜是液流电池的核心功能材料,本项目中我们致力于通过辐射技术与可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)及溶液相转换法等技术相结合优化离子交换膜的结构性能,旨在提高离子交换膜的化学稳定性及电导率,并降低钒离子的透过性。在制备高化学稳定性离子交换膜方面, 首先系统评价了接枝甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)的阴离子交换膜的化学稳定性(J Membr Sci, 2011, 376: 70-77)。然后以含氟聚合物膜为基材,共辐射接枝DMAEMA和α-甲基苯乙烯两种单体合成了一种新型的高化学稳定性的两性离子交换膜(J Membr Sci, 2012,407-408:184-192)。在优化合成工艺方面,我们采用辐射技术与溶液相转化法相结合,在聚偏氟乙烯膜(PVDF)粉体上接枝苯乙烯和 DMAEMA单体制备了新型的两性离子交换膜。相比于传统的以 PVDF 膜为基材接枝的两性离子交换膜,这种新工艺制备的两性离子交换膜的离子交换基团在膜内分布更均匀,因而具有更高的电导率(J Membr Sci, 2012,419-420: 1-8; 中国发明专利 ZL 201110090533.X);我们亦采用辐射接枝技术在PVDF膜上共辐射接枝DMAEMA和对苯乙烯磺酸钠合成了高性能的两性离子交换膜,这种新方法不需要磺化,合成工艺对环境更为友好。由于传统的辐射接枝是一种自由基聚合过程,对接枝链的长度和分布不能实现有效的控制,我们进一步采用辐射接枝与RAFT 活性聚合相结合的方法在含氟聚合物膜基材上进行了DMAEMA以及DMAEMA与对苯乙烯磺酸钠可控接枝,结果表明采用可控接枝制备的离子交换膜具有更均匀的接枝链分布,因而具有更高的离子交换容量及电导率。上述研究成果为离子交换膜材料的设计提供了新的途径。

主要产业化项目

软课题项目

专利架 ( 10 )

一种石墨烯及导电纳米复合材料的制备方法

已授权

专利作者:[翟茂林, 张有为, 彭静, 李久强]

专利权人:北京大学

受理时间:2012年05月

授权时间: 2016年01月

项目简介:本发明公开了一种制备石墨烯及导电纳米复合材料的方法。本发明通过将氧化石墨分散在N,N二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、吡咯烷酮等溶剂中进行辐照,可以有效地还原体系中的氧化石墨。由于在还原过程中有部分溶剂吸附到了石墨烯的表面,得到的石墨烯在多种溶剂和聚合物基体具有很好的分散性。将得到的石墨烯加入到聚合物中能够得到性能良好的导电聚合物纳米复合材料。

专利合作方式: 万元

一种铂/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用

已授权

专利作者:[翟茂林, 张琦璐, 张有为, 彭静, 李久强]

专利权人:北京大学

受理时间:2012年07月

项目简介:本发明公开了一种铂/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用。本发明以γ射线或电子束辐射诱导一步还原氧化石墨与铂金属前驱体,得到了铂负载量为1.0~15wt%的Pt/RGO纳米复合材料。Pt纳米粒子均匀分布在RGO片层上,其平均直径为1.8nm,粒径分布在2nm以内。铂金属纳米粒子的负载可以提高氧化石墨的还原程度、产物的导电性和石墨烯片层的表面利用率。相较于氧化石墨和单纯的石墨烯,本方法所制备的纳米复合材料应用在超级电容器电极材料上时有更高的比电容和更好的大电流倍率性。

专利合作方式: 万元

一种离子液体/聚合物电解质膜及其制备方法

已授权

专利作者:[翟茂林, 董珍, 彭静, 居学成, 李久强]

专利权人:北京大学;北京大学深圳研究院

受理时间:2014年05月

项目简介:本发明提供一种离子液体/聚合物电解质膜及其制备方法,采用咪唑环两端含不饱和双键的离子液体与聚偏氟乙烯等聚合物共混,在γ射线或电子束下辐照,然后通过溶液相转变法制备离子液体/聚合物电解质膜。本发明制备的电解质膜具有热稳定性好、机械性能良好且离子传导率高等优点,可解决液态电解质造成的封装工艺困难、易挥发泄露、易燃等缺点,也解决了物理掺杂下离子液体的溢出问题,提高了电解质膜的稳定性。

专利合作方式: 万元

敏化辐射降解法制备低分子量壳聚糖

已授权

专利作者:[翟茂林, 杨仲田, 彭静, 魏根栓, 李久强, 黄凌]

专利权人:北京大学

受理时间:2006年09月

授权时间: 2008年02月

项目简介:本发明提供了一种制备低分子量壳聚糖的敏化辐射降解方法,首先将精制的壳聚糖固体与含有敏化剂的水溶液混合均匀,形成半固体状样品,用无机酸或有机酸调节至pH4,其中壳聚糖的质量浓度为16~25%,敏化剂的质量浓度为15~30%,然后用γ射线室温辐照降解,吸收剂量为1~10kGy;将辐照产物经喷雾干燥或经真空干燥得低分子量壳聚糖。本发明采用加入辐射降解敏化剂的方法,使降解所需剂量大幅度降低,所得产品分子量分布窄、分子量低,特别是可获得分子量低于3000的壳寡糖。该方法方便、安全、经济、实用、高收率、对环境无影响。

专利合作方式: 万元

一种离子液体-锂盐凝胶聚合物电解质及其制备和应用

已授权

专利作者:[翟茂林, 王亮亮, 张星, 彭静, 李久强]

专利权人:北京大学

受理时间:2015年06月

项目简介:本发明公开了一种离子液体-锂盐凝胶聚合物电解质及其制备和应用。本发明以高分子聚合物为基材,离子液体为分散剂,锂盐为导电介质,采用冷冻干燥法制备了一种新型离子液体-锂盐凝胶聚合物电解质,并与活性炭电极组装成超级电容器。本发明的离子液体-锂盐凝胶聚合物作为超级电容器电解质材料,具有良好的柔韧性,优异的电导率和极好的循环稳定性能。与同类型凝胶电解质相比具有较高的比电容、能量密度及功率密度。

专利合作方式: 万元

一种铂/碳基纳米复合材料及其制备方法与应用

已授权

专利作者:[翟茂林, 张琦璐, 彭静, 敖银勇, 蔡晓生, 李久强]

专利权人:北京大学

受理时间:2014年08月

项目简介:本发明公开了一种铂/碳基纳米复合材料及其制备方法与应用。本发明以γ射线或电子束辐射诱导还原铂金属前驱体,同时对单壁碳纳米角,或单壁碳纳米角和氧化石墨的混合碳材料进行辐照改性,得到了铂负载量为0.5~50wt%的铂/碳基纳米复合材料。本发明的铂/碳基纳米复合材料可作为性能优异的质子交换膜燃料电池电催化剂。

专利合作方式: 万元

一种疏水亲油可聚合电解质及其高吸油聚电解质凝胶

已授权

专利作者:[翟茂林, 陈建, 彭静, 李久强]

专利权人:北京大学

受理时间:2014年03月

项目简介:本发明公开了一种疏水亲油可聚合电解质及其高吸油聚电解质凝胶。该疏水亲油可聚合电解质通过带双键的叔胺与卤代烷烃反应,并与LiNTf2进行阴离子交换制备得到,具有与丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类单体共聚且能在有机溶剂中解离的特点。采用γ-射线或电子束辐照引发丙烯酸酯类或甲基丙烯酸酯类单体与该疏水亲油电解质共聚并发生交联,即可制备出高吸油性的聚电解质凝胶。该凝胶制备工艺简单,安全环保、耗能低,对二氯甲烷的最大吸油率可达204.5g/g,远高于已报道的吸油凝胶及树脂。

专利合作方式: 万元

两性离子交换膜的制备方法

已授权

专利作者:[翟茂林, 马骏, 彭静, 李久强]

专利权人:北京大学

受理时间:2011年04月

授权时间: 2012年11月

项目简介:本发明公布了一种两性离子交换膜的制备方法,具体涉及一种用于全钒液流电池的两性离子交换膜的制备方法。该方案包括:对聚合物粉体聚偏氟乙烯进行辐照接枝;将辐照接枝后聚合物粉体转化成膜材料;将上述膜材料进行磺化、水解,引入具有阳离子交换功能的磺酸根基团,然后,将该膜材料放入盐酸水溶液中进行质子化反应,引入具有阴离子交换功能的叔氨基,得到两性离子交换膜。本发明以价格低廉的商品化聚偏氟乙烯树脂作为原材料,一方面可以降低制膜的成本;另一方面,由于C-F键的键能比较大,使得该膜在强酸强氧化性的电化学环境下能保持良好的耐化学稳定性;本发明同时解决了传统非均相辐照接枝膜的接枝链在膜的垂直方向分布不均匀的问题。

专利合作方式: 万元

含天然高分子的水凝胶及其辐射制备方法

已授权

专利作者:[翟茂林, 许零, 彭静, 魏根拴, 李久强]

专利权人:北京大学

受理时间:2006年09月

授权时间: 2008年05月

项目简介:本发明提供了一种含天然高分子的水凝胶及其制备方法。该水凝胶交联度为70~95%,吸水率为500~80000%倍,所含有的天然高分子或其衍生物选自:甲壳素及甲壳素衍生物、壳聚糖及壳聚糖衍生物、卡拉胶及羧甲基卡拉胶、纤维素衍生物、淀粉及淀粉衍生物、海藻酸钠、瓜胶及羧甲基瓜胶、胶原蛋白、透明质酸等。根据需要还可以添加合成高分子、无机填料、交联敏化剂、及药物等其它助剂。该水凝胶经辐射交联制得,剂量为10~40kGy。本发明的水凝胶具有较高的吸水性、较好的柔韧性、对药物有较好的缓释性能、根据配方不同还可具有抗菌性与pH、温度敏感性等,可用作创伤敷料等多种用途。

专利合作方式: 万元

一种季铵化两性离子交换膜的制备方法

已授权

专利作者:[翟茂林, 袁劼, 彭静, 李久强]

专利权人:北京大学

受理时间:2013年05月

授权时间: 2015年02月

项目简介:本发明公开了一种季铵化两性离子交换膜的制备方法,具体涉及一种可用于离子交换、杀菌和其他领域的两性离子交换膜的制备方法,包括:配制二元单体接枝溶液;对商品化高分子膜进行辐照接枝,引入具有阳离子交换功能的磺酸基团和季铵化基团;将该膜材料放入盐酸水溶液中进行质子化反应,产生具有阳离子交换功能的磺酸根离子和具有阴离子交换功能的季铵根离子,得到两性离子交换膜。本发明操作简便,同时解决了磺化过程对接枝链的破坏问题和其带来的环境污染问题,以及通常季铵化反应需两步的繁琐问题。

专利合作方式: 万元

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  • 中试/产业化合作
  • 其他合作需求

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李取生

华南理工大学环境学院副院长环境学院副院长

邮箱:liqusheng@163.com

研究方向:环境工程 节能环保 土壤治理

主持完成国家“九五”重点科技攻关课题“松嫩平原盐碱地治理与农业持续发

主持完成国家“九五”重点科技攻关课题“松嫩平原盐碱地治理与农业持续发