白云石可控碳化联产氢氧化镁和碳酸钙及其改性

综合利用白云石开发出高端产品及其技术成为当前研究者关注的焦点。本文通过可控碳化法进行白云石联产制备了高附加值的氢氧化镁和碳酸钙并对其进行改性研究。分别考察了碳化终点pH、温度、二氧化碳流速对产物晶型、粒径、形貌的影响以及硬脂酸锌的添加量、搅拌转速、改性时间、改性温度对产物改性效果的影响。结果表明,当碳化反应终点pH控制为10.5时,生成产物为碳酸钙和氢氧化镁混合物,且得率最高;最优的碳化反应条件为温度20℃、二氧化碳流速1L/min,生成的氢氧化镁和碳酸钙平均粒径为190.4nm;得到的产物氢氧化镁和碳酸钙最优的改性条件为硬脂酸锌添加量1.0%、搅拌转速600r/min、改性时间60min、改性温度50℃,得到改性的氢氧化镁及碳酸钙的活化度为95.8%,吸油值为41.2g/100g。

阴极辉光放电电解制备纳米ZnO

以Pt针为阴极,Zn片为阳极,2 g/L Na_(2)SO_(4)溶液为电解质,在530~650 V放电电压下,利用阴极辉光放电电解(CGDE)技术一步制得纳米ZnO颗粒。用XRD、SEM、FTIR、XPS等对产物的结构、组成和形貌进行了表征,利用UV-Vis DRS计算了纳米ZnO颗粒的带隙能,用UV-Vis研究了纳米ZnO粒子光催化降解亚甲基蓝(MB)的行为,并探讨了其制备机理。结果表明,580 V下得到的纳米ZnO颗粒有一定的团聚,加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)能够抑制纳米ZnO颗粒的团聚;材料的形貌随PVP浓度和放电电压的变化而变化。当电压为530 V、加入0.0031%(质量分数)的PVP时,得到尺寸约200 nm、带隙能为3.22 eV的纺锤状纳米ZnO;随电压升高,颗粒尺寸分布越宽。在紫外光照射30 min后,加入PVP所制备的ZnO光催化降解MB的降解率由78.5%提高到87.3%,说明加入PVP后制备的ZnO光催化性能更优。CGDE制备纳米ZnO的机理为:放电过程中阳极Zn片氧化溶解为Zn^(2+),然后Zn^(2+)迁移到阴极辉光区,与等离子体-液体界面产生的OH-反应生成[Zn(OH)_(4)]^(2-),最后[Zn(OH)_(4)]^(2-)从等离子体-液体界面区转移到溶液中,产生ZnO晶粒。

菌藻共生系统处理重金属废水的机理及其应用进展

首先从菌藻之间的关系介绍了菌藻共生系统。随后,阐述了菌藻共生系统处理重金属废水的机理,主要是细胞通过吸附作用将重金属附着在细胞壁表面,再将重金属运送到细胞内进行生物富集,以及胞外聚合物与重金属形成络合物去除重金属。最后,综述了菌藻共生系统处理畜禽养殖废水和矿山废水以及纺织废水的现状。归纳了菌藻共生系统处理重金属废水的优点以及现阶段存在的问题,并对发展前景进行了展望。

农药氟虫腈与钛白粉副产盐资源化生产电池用磷酸铁工艺

针对农药氟虫腈与钛白粉生产过程中副产盐的处置难题,提出以副产磷酸钠为磷源,以副产硫酸亚铁为铁源,制备电池级磷酸铁的工艺路线。采用连续催化氧化的方法将磷酸钠废盐中的亚硫酸钠氧化为硫酸钠,副产硫酸亚铁经过除杂后,用双氧水将硫酸亚铁氧化为硫酸铁,再与上述的磷酸钠反应得到磷酸铁。结果表明:亚硫酸钠的氧化率接近100%;副产硫酸亚铁经化学除杂和水解除杂后,杂质镁、锰、钛的质量分数分别降低至80 mg·kg^(-1)以下,杂质铝则被完全去除;除杂后的硫酸亚铁溶液经双氧水氧化后,硫酸亚铁的氧化率达到100%;制备得到的二水合磷酸铁的各项指标均满足标准HG/T 4701-2021《电池用磷酸铁》的要求。

溶剂热法制备磷酸锰锂的优化研究

橄榄石结构的磷酸锰锂(LiMnPO_(4))具有比容量高､热稳定性好和原料来源广泛等特点,与同为橄榄石结构的磷酸铁锂相比具有更高的放电电压。采用溶剂热法制备了高性能的磷酸锰锂正极材料,通过对过程参数进行优化实现材料性能的提升,以柠檬酸为添加剂优化颗粒形貌得到纳米级颗粒,并对碳层包覆进行优化。结果表明,柠檬酸添加量为1 mmol时,椭球状颗粒平均尺寸为42.3 nm;当以蔗糖为碳源且与LiMnPO_(4)质量比为1∶2时得到的碳层包覆颗粒尺寸较小､碳层石墨化程度更高;在最优参数下制备的LiMnPO_(4)材料具有更高的首次放电容量(126.9 mAh/g)及更优的倍率性能。

氯化锂溶液中钾离子的吸附分离研究

作为初级原料的氯化锂产品因钾、钠、钙等杂质含量过高,直接影响了氯化锂及由氯化锂制备的金属锂的应用和系列产品的开发。采用静态吸附法研究了由水热法合成的硅铝酸盐分子筛在氯化锂溶液中对钾离子的吸附分离性能,考察了接触时间、温度、不同钾离子初始浓度、溶液pH、离子强度等对分子筛吸附钾离子的影响,研究分析了分子筛对钾离子的吸附动力学和吸附热力学。结果表明:分子筛对钾离子有较高的选择吸附性且吸附速率快,在溶液初始钾离子浓度为0.005 mol/L、温度为25℃的条件下,30 min后分子筛对钾离子的吸附量为56 mg/g,接近吸附平衡容量;溶液中初始钾离子浓度、离子强度直接影响着分子筛对钾离子的平衡吸附量。通过动力学及热力学分析得知,分子筛对钾离子的吸附更符合Freundlich吸附等温模型且为放热反应,低温有利于吸附的进行;吸附反应过程符合准二级动力学模型,吸附反应速率由多个控制步骤共同决定。同时,分子筛对钾离子有较好的解吸效率,可循环吸附。

五氧化二钒薄膜材料制备方法研究进展

由于V^(5+)的饱和氧化态,五氧化二钒成为钒体系中最稳定的氧化物。作为功能材料,五氧化二钒薄膜在众多科学领域有着巨大的应用潜力,因而受到越来越多的关注。这主要归功于其特殊的层状结构、高能量密度、良好的化学和热稳定性以及优异的光学和电学性能。五氧化二钒薄膜的制备方法很多,采用不同的实验方法在不同衬底上制备的五氧化二钒薄膜因化学成分和组织结构差异而造成其电学、光学性能也存在显著的差异。本文详细阐述了五氧化二钒薄膜现有的制备技术,并对五氧化二钒薄膜材料应用的发展趋势进行了展望,以期为五氧化二钒薄膜产业的发展提供参考。

电池级碳酸锂制备工艺方法解析

电池级碳酸锂是锂离子电池的重要电极材料,其产量和质量对新型储能、电子、新能源汽车等产业有着直接的影响。文章较全面分析、梳理了盐湖卤水提纯制备电池级碳酸锂、锂矿石提纯制备电池级碳酸锂、废旧锂电池提纯制备电池级碳酸锂的主要工艺方法、工艺流程,比较了不同工艺方法的优缺点,对电池级碳酸锂的研究和生产能够起到一定的借鉴和参考作用。

粉煤灰提铝残渣制备4A分子筛及Cu(Ⅱ)吸附研究

4A分子筛由于其优异的阳离子交换能力,成为处理重金属废水优良的吸附材料。为了达到以废治废的目的,以粉煤灰酸法提铝残渣为原料制备地质聚合物,再经水热原位转化合成体型化4A分子筛。采用XRD、FT-IR、SEM、BET、TGA等手段对4A沸石进行表征,探讨吸附时间、Cu(Ⅱ)初始浓度、吸附剂用量及溶液p H对其吸附性能的影响,并结合动力学方程和吸附等温线模型对其吸附过程进行研究。结果表明,所合成的4A分子筛孔隙发达且微孔含量较多,总比表面积为71.85 m^(2)/g,其中微孔比表面积为53.91 m^(2)/g,微孔孔径主要集中在1.3 nm左右。体型化4A分子筛吸附Cu(Ⅱ)的最佳条件为吸附时间为240 min、Cu(Ⅱ)初始质量浓度为100 mg/L、吸附剂用量为2.0 g/L、溶液p H为6~9,此时吸附量为32.97 mg/g,Cu(Ⅱ)的去除率可达65.93%。吸附过程符合准二级动力学模型,以化学吸附为主。Langmuir模型拟合效果较好,表明Cu(Ⅱ)在合成4A沸石上的吸附过程为单分子层吸附,且拟合得到的Cu(Ⅱ)的最大吸附量为37.05 mg/g。

钾混盐粒度组成对其转化浮选的影响机制研究

硫酸钾对中国粮食生产至关重要,为加快硫酸钾的高效制备,保障中国农业的稳定发展,对合成硫酸钾的关键中间产物软钾镁矾的制备进行研究。首先针对罗布泊盐湖钾混盐粒度易随季节变化而差异显著导致软钾镁矾制取效率低的问题,通过磨矿-转化-浮选工艺探究钾混盐粒度组成对其转化浮选的影响机制,结果表明,钾混盐粒度越细,转化程度越高且转化产物粒度也越细。钾混盐磨矿3 min后对应的<0.074 mm转化产物占比达42.69%,且钾离子主要分布于该粒级物料中。同时,钾混盐粒度对软钾镁矾的浮选行为具有显著影响,其浮选效率随钾混盐粒度的减小呈先上升后下降趋势,当钾混盐<0.250 mm粒级占比为79.78%时,软钾镁矾制取效率最高。此外,还进行了转化产物粒度对软钾镁矾和氯化钠浮选分离的影响研究,结果表明,转化产物粒度越细,软钾镁矾和氯化钠浮选速率常数差值越小,在<0.074 mm时仅为0.0945 min-1,此时二者难以有效分离。研究结果对软钾镁矾生产工艺调控和优化具有重要的指导意义。

溶析结晶用于盐湖卤水提钾和镁锂分离研究

采用溶析结晶法快速分离盐湖卤水中氯化钾并降低卤水中的镁锂比,解决青海盐湖盐田摊晒存在的生产周期长、需要修建大面积盐田等难题。以有机溶剂为溶析剂,考察了不同种类溶析剂加入量、溶析温度、溶析时间等对盐湖氯化钾收率及镁锂比的影响。实验结果表明,以无水乙醇为溶析剂与盐湖卤水体积比为2∶1,溶析温度为-15℃,时间为90 min时,氯化钾和氯化钠的收率分别达到93.15%和99.84%。溶析结晶后的母液经过过滤,在70~80℃,以0.5℃/min的降温速率进行动态降温,析出氯化镁晶体,镁锂质量比由原卤中的388.44降低至266.63,最终达到快速分离氯化钾的目的及为后续对镁锂进一步分离提供更有利的条件。

以碳酸钾为原料制备碳酸锂晶体团聚现象及调控方法的研究

以氯化锂与碳酸钾为原料进行反应结晶制备碳酸锂,以提高碳酸锂收率、降低其钾含量及获得良好粒径分布为目标,考察反应温度、搅拌转速、晶种加入量及晶种加入的粒径大小对实验的影响。实验结果表明,氯化锂与碳酸钾反应结晶存在着明显的晶体团聚现象,反应温度不同,对晶体形貌有显著影响,低温下晶体呈片状团聚体,较高温度下晶体呈棒状团聚体。剪切力的增加可以减小团聚体尺寸,晶种的加入有利于抑制爆发成核,减轻晶体团聚和黏壁现象。实验结果表明,在反应温度为85℃、搅拌转速为400 r/min、氯化锂浓度为3.2 mol/L、晶种加入量为3.0 g/L、晶种粒径控制在小于54μm、超声功率为100 W、超声时间为150 min条件下,获得的碳酸锂收率高、晶体不易发生聚结、钾含量较低且拥有较好的粒径分布。以碳酸钾为原料制备的碳酸锂与以碳酸钠为原料制备的碳酸锂收率相当,但杂质含量有一定的降低。且在反应结晶过程中加入超声后可有效避免出现大团聚体,在保证碳酸锂收率无明显降低的情况下,钾含量明显降低。通过研究获得的实验条件可以为碳酸锂生产调整工艺参数提供依据,并为产品质量的提高提供指导。

离子液体辅助合成纳米金属氧化物的研究进展

离子液体的物理化学特性和氢键作用能够辅助纳米金属氧化物的定向生长,具有传统溶剂所不具备的优点,在纳米金属氧化物材料合成方面受到重视。综述了离子液体辅助合成TiO_(2),ZnO,γ-Al_(2)O_(3),ZrO_(2)四种纳米金属氧化物的最新研究进展,重点结合离子液体阴阳离子的影响及诱导机制进行讨论。最后总结了离子液体辅助合成纳米金属氧化物可能面临的挑战和未来的研究方向。

二氧化钒发射率的调控方法与实践

二氧化钒(VO_(2))是一种常用的相变材料,它能在68℃附近可逆地改变光学、电学特性以响应外部温度刺激。自20世纪90年代以来,人们对VO_(2)光学特性进行了广泛的研究,并在紫外、可见和近红外区域的调制方面取得了重大进展,而室温黑体辐射所处的中远红外区能量只相当于太阳辐射的15%,因而获得的关注较少。然而随着研究的深入,研究者发现中远红外光区的长波辐射对热调控也具有至关重要的作用,甚至在太阳辐射较强的白天也是不容忽视的,因此有关VO_(2)发射率调控的研究受到越来越多的关注。文章聚焦VO2发射率调控的最新研究进展,着重介绍VO_(2)发射率的调控手段以及常温热辐射调控性能,并对其应用前景进行了展望。文章指出,VO_(2)发射率可以有效调控室温黑体辐射能量,通过新型结构如Fabry-Pérot谐振腔、超材料等与VO_(2)的有机结合,极大丰富了VO_(2)发射率的调控手段,展现出显著的调控效果,这对于实现具有更高节能效率的智能建筑、空间热管理以及红外伪装具有很大的潜力。

锂铝层状双金属氢氧化物的制备及其锂脱嵌过程

锂铝层状双金属氢氧化物(Li/Al-LDHs)是一种适用于高镁锂比卤水中提锂的吸附剂,但其存在吸附容量偏低、吸附机理与适用条件不够清晰等问题。本工作以铝粉、氢氧化锂为原料制备Li/Al-LDHs,考察了适用条件下溶液中阴阳离子对吸附过程的影响并进行了不同溶液组成下的提锂性能测试,结合红外光谱测试和X射线光电子能谱等表征明晰了锂脱嵌机理。结果表明,Li/Al-LDHs在卤水中的最大吸附容量为8.350mg/g,阳离子选择性顺序为Li^(+)>Na^(+)>Mg^(2+)>Ca^(2+)>K^(+)。Li/Al-LDHs对Li^(+)的吸附符合Langmuir等温吸附模型和准二级吸附动力学模型,吸附过程主要是基于尺寸筛分效应进行的,Li^(+)进入吸附剂层间的空位后需要等量的阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)等)进行电荷平衡,其吸锂容量随溶液体系总离子浓度的增加而变大,因此更适用于从高含盐量卤水中提锂。研究结果可为后续废旧金属铝制取Li/Al-LDHs用于盐湖卤水提锂提供技术参考。

离子液体热合成法制备钒酸铁及其电化学性能

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑酸溴盐([Bmim]Br)为反应溶剂,采用离子液体热合成法制备了钒酸铁前驱体,通过煅烧和后处理成功地合成了粒径均一、排布密集的FeVO_(4)纳米颗粒。采用SEM、XRD、XPS、TEM、N_(2)吸附-脱附对材料的结构和形貌进行了表征。以FeVO_(4)纳米颗粒为负极材料构建了锂离子电池,采用恒流充电放电测试、循环伏安法(CV)和电化学阻抗对电池进行了电化学性能评价。结果表明,Fe VO_(4)电极作为锂离子电池负极材料在高电流密度下表现出优异的循环性能和电化学性能,其在300 mA/g电流密度下的初始放电比容量为1471.58 mA·h/g,在300 mA/g下循环100次后,仍获得783.00 mA·h/g的高比容量,其优异的电化学性能可能归因于电极材料的纳米级尺寸。

失效锂萃取剂中Fe(Ⅲ)的回收及制备电池级磷酸铁的工艺研究

盐湖卤水萃取法提锂的工艺中,磷酸三丁酯-FeCl_(3)-煤油协萃体系在多次循环使用后萃取能力会下降甚至失效。将失效锂萃取剂中的Fe(Ⅲ)回收利用对盐湖提锂行业的持续发展具有重要意义。在高浓度盐酸体系中模拟失效锂萃取剂,以其中的Fe(Ⅲ)为铁源,NH_(4)H_(2)PO_(4)溶液为磷源,在非均相体系中制备电池级磷酸铁。研究了反应时间、氨水加入量、NH_(4)H_(2)PO_(4)溶液浓度、反应温度和搅拌速率对产品产率、粒径(D_(50))和铁磷物质的量比的影响。结果表明,在优化的工艺条件下,可制得高纯度的单斜晶系二水磷酸铁,产率为89.43%、铁磷物质的量比为0.98、D_(50)为1.81μm、比表面积为37.38 m^(2)/g、含水量为19.64%,符合电池级磷酸铁的行业标准。以自制的磷酸铁为前驱体制备的Li Fe PO_(4)/C性能良好,在0.1C倍率下的首次放电比容量为146.58 m A·h/g,首次充放电效率为94.90%,恒流充放电循环80圈后的容量保持率为91.72%。研究表明,采用NH_(4)H_(2)PO_(4)溶液反萃沉淀法可有效回收失效锂萃取剂中的Fe(Ⅲ)并制备出电池级磷酸铁。

蓝宝石晶体纳米压入本构方程

应用有限元方法(FEM)结合神经网络优化及无量纲模型,建立了可统一描述蓝宝石不同晶面纳米压入行为的本构方程。采用纳米压痕方法对蓝宝石晶体的四个典型晶面(C、A、R、M)的表面微力学行为进行了研究,本构方程计算结果与实测结果对比表明:加载、卸载曲线均可由压入深度h的二次函数表达;加载曲线是压入面弹性模量E、屈服应力Y和加工硬化指数n的函数,卸载曲线则除此三个因素之外还与卸载位置(最大深度)h_(max)有关;对同一晶面而言,残余深度hr正比于h_(max),塑性功正比于h_(max)的三次方。结果还表明,对蓝宝石晶体这类难以应用常规力学性能试验研究手段的超硬高脆材料,利用本构方程结合纳米压痕试验,可以比较有效地获得其基本力学性能。

咖啡渣和去油咖啡渣热解特性的试验研究

【目的】研究咖啡渣(spent coffee grounds,SCG)和去油咖啡渣(defatted coffee grounds,DCG)的热解特性并计算其热解动力学参数,分析两者在不同温度下热解三相产物的变化规律,实现废弃咖啡渣的二次利用。【方法】采用管式炉、热重(thermogravimetry,TG)试验和热裂解-气相色谱-质谱联用仪(pyrolysis-gas chromatography mass spectrometer,Py-GC-MS)开展了热解产物分布和热解特性的研究,采用Flynn-WallOzawa(FWO)法计算了热解动力学参数。【结果】热重分析结果表明,SCG和DCG热解可分为4个阶段,主要热解温度范围为200~400℃,并且在300℃左右时失重率最大,升温速率可促进热解反应的进行。动力学计算结果表明,当转化率由0.1提高至0.7时,SCG和DCG的活化能均随之不断升高,转化率由0.7提高至0.9时,两者活化能均随之有所下降;SCG和DCG的平均活化能分别为293.58和307.86 kJ/mol。Py-GC-MS分析表明,SCG主要热解产物包括芳香族、酚类、醛类等化合物,DCG主要热解产物包括醛类、酚类、杂环类、酯类等化合物,在热解阶段,随着热解温度的升高,芳香族、酚类、杂环类化合物相对含量减少,醛类化合物相对含量先增加后减少。管式炉热解试验结果表明,SCG的热解产物中生物油产率较高,DCG的热解产物中焦炭产率较高。【结论】SCG和DCG在合适的温度下进行热解,有利于酚类、芳香族化合物等重要工业原料的回收,实现其高值化利用。

铁钼改性生物炭活化过硫酸降解N-甲基吡咯烷酮的研究

采用水热煅烧法制备了负载Mo_(2)C和Fe^(0)的生物炭材料作为过二硫酸盐(PDS)的活化剂降解N-甲基吡咯烷酮(NMP)。采用SEM、XRD和FTIR等手段对其进行表征。考察了催化剂投加量、过硫酸盐浓度、初始pH等条件对Fe^(0)-Mo_(2)C-BC活化过硫酸盐体系降解NMP的影响。在NMP浓度为100 mg/L、Fe^(0)-Mo_(2)C-BC用量为0.4 g/L,PDS浓度1 g/L,反应温度为25℃时,40 min后NMP的去除率达99%。Fe^(0)-Mo_(2)C-BC/PDS体系在较宽的pH值范围内(3~9)保持高催化活性,其降解能力受共存阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-))影响较小。猝灭实验发现羟基自由基(·OH)在反应中起主要作用,硫酸根自由基(·SO_(4)^(-))和单线态氧(^(1)O_(2))发挥次要作用。