国家基金重点项目申请答辩样板bsyy

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,2006年度国家基金重点项目申请答辩,(包头,7月30日),申请项目名称：,高分子电解质材料在工程,申 请 人：,郑 强,依 托 单 位：,浙江大学,合 作 单 位：,南京大学 中科院长春应化所,应用中的基础问题研究,一、项目背景及课题的提出,二、项目主要研究内容,三、项目的研究方案,四、项目实施的可行性,五、项目的特色与总体目标,一、项目背景及课题的提出,2006年度国家基金委工程与材料科学部,有机高分子材料学科所列重点项目指南,通用和特种高分子材料高性能化中的的基础科学问题,与生命科学相关的高分子材料的基础研究,有机高分子功能材料：具有光、电、磁、吸附与分离功能材料的可控制备和应用的基础研究,与能源、环境、资源利用相关的高分子材料的基础研究,环境保护是目前世界尤其是我国面临的重大问题,项目背景,能源、资源已成为当今世界尤其是我国可持续发展的重大问题,研究背景,国民经济和社会发展的重大需求,能 源,高效开采,（原油）,驱油剂,资 源,环 境,絮凝剂,高分子电解质（聚电解质）材料,污染治理,（污水）,聚电解质材料的溶液特性与流变行为，是其在工程应用中最主要的基础科学问题,对固态材料而言，凝聚态结构是决定其品质和最终使用性能的关键,对液态材料而言，溶液结构和流变行为是决定其品质和最终使用性能的关键,一次（自能量衰减）采油,二次（注水）采油,三次（驱）采油,意味着,三次采油主要采用聚合物驱油剂来实现，,聚电解质,是最理想的聚合物驱油剂,原油采收率(%),重大需求背景,1,三次采油,5-10,30-40,50-70,我国油田平均采收率仅,34.2%,我国有近,100亿吨,探明石油地质储量无法开采,三次采油的关键,聚电解质驱油剂的突破,开展新型高效聚电解质驱油剂的研究，探明并调控其溶液性质以及在使用过程中的特殊流变行为，具有重要意义,聚电解质驱油剂分子结构形态调控,驱油剂剪切降解与环境降解,聚电解质效应与驱油机制的关系,重大需求背景,2,我国的水资源环境日益恶化,污染状况调查表明，中国,532,条主要河流中,82%,受到不同程度的污染；在中国人口密集的地区，湖泊、水库已经,全部,受到了污染。,我国制污投入进一步加大,2005年全国废水治理投资,133.7亿元,，比上年分别增加,26.6%,。,我国污水排放量不断增大,2004年全国废水排放总量,482.4亿吨,，比上年增加,4.9%,。,2005年全国废水排放总量,524.5亿吨,，比上年增加,8.7%,。,污水治理,我国每年废水处理用絮凝剂约,150,200,万吨,，最主要的是高分子絮凝剂.其中，絮凝效率最高的是,聚电解质,污水处理的关键,聚电解质絮凝剂的突破,聚电解质絮凝剂分子结构形态调控,聚电解质絮凝剂的缔合凝聚（凝胶化）,聚电解质絮凝剂的电离、迁移与絮凝效率,开展新型高效聚电解质絮凝剂的研究，探明并调控其溶液性质以及在使用过程中的凝聚行为，具有重要意义,聚电解质基础研究现状,1,对聚电解质不能完全离解现象至今仍,停留在不完整的定性说明阶段,对“聚电解质效应”本质的解释,存在严重误导,溶液性质,聚电解质的溶液特性的研究亟待深入,对驱油作用（增粘）与聚电解质溶液性质的关系,还有待阐明,对絮凝作用与聚电解质溶液性质（电导、迁移）的关系,尚不清楚,聚电解质基础研究现状,2,Thuresson et al.指出，添加少量表面活性剂使聚电解质溶液体系的动态粘度有数量级的提高，,但原因不明,Tsitsilianis et.al考察了Ps-PANa-Ps三嵌段聚电解质溶液的静态和动态流变学，,对一些现象还不能解释,Tadros et.al发现，电解质溶液可明显改变煤/水体系流变特性，进而改变输送特性和稳定性，,但尚不系统,Cosgrove et al.发现，少量聚电解质NaPAMPS的加入使胶原粘度大幅增高并产生明显的触变行为,但机理不明,Macromolecules,2000,33,1199,Langmuir,1996,12,530,Langmuir,1995,11,Macromolecules,2002,35,3662,流变特性,聚电解质的流变特性亟需开展,申请项目的科学问题,聚电解质材料,絮凝剂,驱油剂,驱油效率,独特的溶液性质,粒子填充、相分离、悬浮、剪切形变,复杂的流变行为,聚电解质效应、电离、电导、迁移,加注和输送,絮凝效应,凝聚行为,二、项目主要研究内容,聚电解质溶液,电离与电导行为,聚电解质的溶液结构、流变 特性与驱油/絮凝功效,聚电解质溶液的 特征流变行为,主要研究内容,拟解决的关键科学问题,聚电解质溶液剪切流变行为的模型,“聚电解质效应”的本质,聚电解质结构与特殊溶液性质、流变行为的关系以及在复杂外场下驱油剂与絮凝剂的功效,三、项目的研究方案,验证“动态接触浓度”划分聚电解质溶液浓度区间的普适性、正确性,（粘度法、激基荧光光谱、激光光散射）,（一）聚电解质溶液部分,考察不同浓度划分区域不同类型聚电解质溶液的离解行为,（,pH电极,法、电导法）,探索聚电解质溶液粘度-浓度特异关系,（Langmiur等温式，2 3种自制的不同材质毛细管粘度计）,（二）聚电解质流变部分,均一聚电解质溶液的稳态、动态剪切流变特性,（,AR-G2,流变仪，稳态旋转粘度计和圆筒式动态流变测定）,聚电解质/添加物混合体系的复杂流变行为,（,AR-G2,流变仪，,稳态旋,转粘度计和圆筒式动态流变测定、流变-光散射溶液性质表征）,复杂条件下聚电解质溶液剪切流动与凝胶化的测定与模拟,（自建的流变参数测定装置）,（三）驱油/絮凝功效部分,模拟,絮凝,/驱油条件下模型聚电解质的增粘机制及其与驱油/絮凝效果间构效关系,（稳态粘度与动态粘度法）,疏水改性聚电解质,不同环境下的疏水缔合凝聚、增粘模型,（DLS、SLS、GPC-LS-联用、粘度法）,模拟,驱油,/絮凝条件下模型聚电解质的增粘机制及其与驱油/絮凝效果间构效关系,（链段长度、序列结构，电荷种类和强度，pH值，浓度和温度及时间等因素的影响）,嵌段型聚电解质在溶液中的构象及形态,（动态光散射跟踪组装和形态变化过程）,嵌段型聚电解质,四、项目实施的可行性,可行性分析,已有工作基础,聚电解质溶液研究基础,复杂流体流变学研究基础,溶液研究基础：,(1),高分子溶液浓度区间的初步划分,K,m,0,分子间范德华力,非聚电解质溶液+部分聚电解质溶液,K,m,=0,库伦力,聚电解质溶液,K,m,：有效自缔合常,数,团簇理论：,sp,/C=,+6 K,m,C,Huggins,公式,：,sp,/C=,+,k,H,2,C,K,m,=k,H,h,/6,K,H,：Huggins,斜率常数,极稀溶液,稀溶液,亚浓溶液,浓溶液,动态接触浓度,交叠浓度,静态接触浓度,临界缠结浓度,0,C*,C,s,C,+,C,C*,动态接触浓度概念的提出，为正确理解聚电解质的溶液特性开辟了新的途径,Cheng RS,.,Macromol.Symp,.,1997,124,27.,Pan Y.,Cheng RS,Chin.J.Polym.Sci.,2000,18,57.,溶液研究基础：,(2),高分子溶液粘度的界面效应,溶质的吸附,滑流,K：,有效吸附层厚度,F,int,:,界面校正因子，与浓度有关,高分子稀溶液粘度的普适公式,为从理论上分析并验证聚电解质效应的本质提供了可能,溶液研究基础：,(3),聚电解质溶液,奇异的粘度-浓度,依赖关系,极稀溶液的粘度随浓度减小而急剧增大的反常现象,Cheng RS,et al,.(t,o be Submitted),由聚电解质的开拓者、美国科学家Fuoss教授提出,实验点,“聚电解质效应”,(,J.Polym.Sci.,Polym.Phys.Ed.,3,603,1948),聚电解质以棒状存在,理论模拟值,聚电解质效应本质,界面吸附效应,由中国学者程镕时提出,溶液研究基础：,(4),聚电解质溶液,奇异的浓度-温度,依赖关系,聚电解质极稀溶液粘度随温度降低出现的异常现象,Y Li,RS Cheng,J.Polym.Sci.Polym.Phys,.2006,44,1804.,聚电解质溶液粘度界面效应的直接证明,K,m,=0,HPAM M=5.0 x 10,5,Degree of hydrolysis 19%,溶液研究基础：,(5)高分子溶液粘度的界面（材质）效应,蔡佳利 薄淑琴 秦汶 严小虎 程镕时,应用化学,18,(05),377(2001),庆贺黄葆同院士80寿辰专刊,Cai,JL,Bo,SQ,Cheng,RS,Colloid Polym.Sci,.2003,282,182,发现聚电解质的界面吸附效,应与材质和环境密切相关,聚电解质溶液的离解度,a,的浓度依赖性,依从高分子溶液应划分成四个浓度区间的原则,(6)聚电解质溶液的离解与浓度区间的划分,溶液研究基础：,极稀溶液,亚浓溶液,K,a,K,0,发现聚电解质的离解度与浓度区间密切相关,提出了聚电解质的存在两个电离常数,Cheng RS,et al.,(,to be submitted,),发现了溶液中高分子的链形态参数（C,*,）、污水中悬浮物浓度(C,ss,)与絮凝剂最佳浓度(C,od,)的相关性,(7),高分子絮凝剂的稀溶液性质及其絮凝规律,溶液研究基础：,Qian JW,Xiang XJ,et al,.Euro.Polym.J.,2004,40,1699,Yang WY,Qian JW,Shen ZQ,J.Coll.Interf.Sci,2004,273,400,(8),嵌段型聚电解质的形态调控,PEG-b-PLLA-b-PLGA,溶液研究基础：,温度和时间、溶剂的极性、pH等都对聚电解质形态有很大的影响,表明多种因素同时影响高分子链的形态和本体形态,Ji XL,et al.,(to be submitted),.,4.悬 浮,3.相 分 离,2.,剪切形变,1.,粒子填充,聚电解质(驱油剂和絮凝剂)流变学的基本科学问题,复 杂 流 体,5.凝 胶 化,(1),粒子填充-流变行为,PDMS/SiO,2,流变研究基础：,揭示了纳米SiO2表面性质对储能模量应变依赖行为的,影响，发现了强化的,Payne,效应,Hu HG,Zheng Q,J.Mater.Sci,.,2005,40,249,Hu HG,Lin J,Zheng Q,Xu XM,J.Appl.Polym.Sci,.,2006,99,3477,Dong QQ,Zheng Q,Du M and Song YH,J.Soc.Rheo.Japan,2004,32,271,Dong QQ,Du M,Zheng Q,.,J.Mat.Sci,.,2006，,41,3175,Zhang XW,Pan Y,Zheng Q,Yi X,J.Polym.Sci.Polym.Phys,.,2000,38,2739,ColeCole diagrams for PS filled with 25 vol%SnPb alloy,流变研究基础：,(2),剪切形变-流变行为,粒子形变与基体的松弛行为显著影响体系流变行为,Zheng Q,Zhang XW,Pan Y,Yi XS.,J.Appl.Polym.Sci,.,2002,86,3166,liquid,droplets,Solid,particles,Zhang XW,Zheng Q,Pan Y,Yi XS.,J.Appl.Polym.Sci,.,2002,86,3173,Relationship between,T,and Temperature,(3),相分离-流变行为,流变研究基础：,发现用弛豫时间,与温度关联的类WLF方程，可以描述真实的Spinodal温度(低于表观Tg),Zheng Q,Peng M.,Song YH.,Zhao TJ.,Macromolecules,2001,34,8483,Du M,Gong JH,