战略性非金属矿产资源现状及加工技术研究进展

战略性非金属矿产是指对经济高质量发展和国家安全至关重要的非金属矿产,对促进战略性新兴产业发展、支撑制造强国的实现具有重要作用。对列入我国的4种战略性非金属矿在全球的储量及产能情况进行了统计,对资源形势和供给风险进行了研判,即:磷矿和石墨是我国的优势矿产;萤石由优势矿产转变为紧缺矿产;钾盐是我国的短缺矿产,对外依存度较高。从新工艺、新技术和新设备等方面对4种战略性非金属矿产的加工技术研究进展进行了总结,旨在为我国战略性非金属矿产的合理高效开发和资源安全保障提供参考。

超声法制备非金属及其化合物量子点研究进展

量子点(Quantum dots,QDs)晶粒直径在1~20 nm之间,是一种零维的纳米材料,具有尺寸可调、激发光谱宽、高量子效率、宽波长范围、光化学稳定性高、不易光解等优异的光学特性。当量子点的尺寸接近或小于激子波尔半径时,原有的连续能带结构量子化,其性质也发生显著变化,表现出优异的光电性能。本综述介绍了量子点的制备方法,其中,超声法作为一种常见的“自上而下”方法,因操作简单、对环境友好等优点被广泛使用。首先,概述了利用超声法制备非金属和非金属化合物量子点的机理和表征技术,并分析了分散剂、超声功率和时间等因素对其尺寸及形貌的影响。随后,对超声法制备的非金属和非金属化合物量子点在激光器、太阳能电池等领域的应用展开了讨论,并针对目前研究存在的一些挑战和难题,提出了自己的观点和见解。最后,对超声法制备非金属单质及非金属化合物量子点进行了总结和展望。

海底热液硫化物中金属、非金属和稀有气体同位素组成的关系及其地质意义

海底热液硫化物的同位素组成不仅可以示踪其来源,也记录了流体及其沉淀过程。本文分析了全球海底热液硫化物的金属(铅、铼、锇、铁、铜、锌)、非金属(硫)及其流体包裹体中的稀有气体同位素组成,探讨了硫化物中金属、非金属和稀有气体同位素组成之间的关系。结果表明:海底热液硫化物中的硫同位素组成与锇、铁同位素组成之间,铁同位素组成与铅和氦同位素组成之间,存在负相关性;其锇同位素组成与铁同位素组成之间,氙同位素组成与铅、锇同位素组成之间,则存在正相关性。在岩浆去气注入流体阶段形成的硫化物,具δ^(34)S_(VCDT)值较低(约0‰),^(3)He/^(4)He(>8 Ra)、^(40)Ar/^(36)Ar(>300)和^(129)Xe/^(132)Xe(>0.99)值较高的特点。在流体-岩石相互作用阶段,随着岩石中含铅矿物的不断溶解,即流体-岩石相互作用程度的增加,流体中沉淀的黄铁矿、黄铜矿和闪锌矿的铅质量分数增加,伴随^(206)Pb/^(204)Pb值轻微的减小。在流体-海水混合阶段,海水影响的加剧可使硫化物中的锇质量分数(约0×10^(-9))急剧降低,δ^(57)Fe值(<—1.6‰)、187 Os/188 Os值(>1)明显增大;随着流体-海水混合作用的增强,硫化物中黄铁矿的δ^(34)S_(VCDT)值将随着其流体包裹体中^(3)He/^(4)He、^(40)Ar/^(36)Ar、^(129)Xe/^(132)Xe值轻微降低而升高,而其^(3)He/^(4)He值随着其^(130)Xe/^(132)Xe值的降低而降低。以上表明,通过综合分析海底硫化物中金属、非金属和稀有气体的同位素组成和其质量分数,并讨论它们之间的关系,可以揭示岩浆去气、流体-岩石相互作用和流体-海水混合对海底热液循环的影响,进而了解硫化物沉淀过程中流体-岩石相互作用和流体-海水混合的程度。

基于298/77 K循环处理回收PCB中非金属组分

为解决废印制电路板(PCB)中非金属组分回收难且二次污染率大的问题,引入298/77 K循环处理技术,首先分析温度改变对PCB内部结构所造成的影响及PCB内部力学性能的变化,测试静电分选和离心分选对PCB非金属组分回收率的实际影响,之后引入CaF_(2)作为精炼过程中的强氧化剂,测试PCB内部结构发生改变后的硅组分回收率,最后测定回收后硅元素的实际纯度。结果表明:PCB在经过298/77 K循环处理后,内部结构受温度循环影响发生明显变化;各项力学性能均实现明显下降;PCB非金属组分实际产出量和硅组分回收率,相比于传统处理方式实现了明显提升,且对原PCB中各项杂质有较好的去除效果,硅元素占比在97%以上。

石墨相氮化碳的非金属多元素掺杂改性研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因廉价易得、环境友好且催化活性好等优点,逐渐在催化和环境等领域成为研究热点。然而,单一g-C_(3)N_(4)存在对可见光的吸收效率低等缺点,采用元素掺杂实现g-C_(3)N_(4)的骨架结构的调整,是克服这一缺点的有效方法。对近年来有关非金属多元素组合掺杂的研究工作进行了系统总结,主要包括含氧、磷、硼和卤素等元素的二元和多元组合,并对非金属元素掺杂工作中存在的问题及未来发展方向进行了展望。

基于复杂工程问题的无机非金属材料工程专业实验教学体系改革

依据工程教育专业认证标准中对复杂工程问题的特征分析,针对当前专业实验课程涉及培养学生解决复杂工程问题能力训练不足的现状,结合中北大学无机非金属材料工程专业人才培养目标,以压电陶瓷/水泥复合材料综合实验为研究对象,从实验内容和教学模式两方面进行教学改革。多年实践结果表明,该教改工作有效提高学生解决复杂工程问题的能力,对无机非金属材料工程专业工程教育认证水平的提高具有积极的促进作用。

无机非金属材料英语的词句特征及翻译

无机非金属材料是现代材料研究的重要组成部分,现已广泛应用于各领域。随着研究的深入,无机非金属材料英语的作用也愈加显著。无机非金属材料英语在词汇上多用专业术语和缩略语,有常用词汇的专有化现象;在句法上常用被动句、无灵主语句和长难句。本文结合尤金·奈达的功能对等理论,分析无机非金属材料英语词汇层面和句法层面上的翻译策略,旨在为无机非金属材料英语文献的阅读及翻译提供一定借鉴意义。

金属/非金属和氮共掺杂生物炭的制备及其在有机污水处理中的应用进展

生物炭作为一种吸附材料在有机废水处理等领域具有广泛应用。使用单一金属/非金属和氮共掺杂,在一定条件下两者之间具有协同作用,可以丰富生物炭表面催化位点,增加催化活性。本文首先概述金属/非金属和氮共掺杂生物炭制备过程的机理,然后重点讨论近几年来金属/非金属和氮共掺杂生物炭在有机污水处理中的应用进展;最后展望金属/非金属和氮共掺杂生物炭的发展方向和应用前景。

油气田非金属管道失效预测及防控技术研究进展

油气田金属管道腐蚀穿孔风险日趋严重,管道泄漏事故时有发生,玻璃钢管、钢骨架增强聚乙烯复合管、柔性复合管等非金属管道以其良好的耐蚀性和适用性在油气田开发生产系统中逐渐受到青睐。然而,由于管道在长期服役过程中遭受内外压载荷、介质腐蚀等老化作用,随之而来的诸如基体开裂、管体脆断、纤维/基体界面脱黏、层间分离等各种失效问题亟待解决。基于此现状,文章综述了油气田常用非金属管道特点、应用、失效原因,以及非金属管道探测定位、无损检测技术、风险评估和寿命预测方法,针对非金属管道损伤失效的预防在管道制造、施工、运行、应用、维修及关键技术等方面提出了相关建议,并对非金属管道失效预防技术攻关方面进行展望,为非金属油气管道失效预测方法及其防控技术的相关研究提供有效支撑。

MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流计算方法

为研究基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流侧短路电流的工程实用计算方法,基于金属性短路故障电流通用解析式,分析了MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障时换流站放电电流的相互抑制作用以及放电回路的耦合机理,并基于所推导的解析表达式提出了故障电流的解耦计算方法。基于PSCAD/EMTDC对MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障工况进行仿真分析,将仿真结果与解析计算值进行对比验证。搭建数字-物理混合仿真实验模型,在数字端和物理端分别设置短路故障,对比实验值与解析计算值。验证结果表明,所提故障电流计算方法能准确地表征MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流的演变趋势。

无机非金属材料工程专业人才培养改革与探索

根据国家战略需求和行业发展趋势,依托材料学科优势和优质科研教学资源,武汉理工大学无机非金属材料工程专业明确以“传统无机非金属材料转型升级+无机非金属新材料”为专业发展方向,创新科研型与工程应用型并行人才培养模式,建设专业特色发展方向教学科研团队,开展课程体系教学改革与创新,形成专业基础扎实、科研/工程应用能力突出的人才培养体系,培养出的毕业生在无机非金属材料领域具有显著行业竞争力,服务于无机非金属材料行业发展。

铋基光催化剂的金属或非金属改性研究进展

随着经济的快速增长,环境和能源问题日益突出。太阳能作为一种可再生、环保的能源,受到了许多研究人员的关注,最大限度地利用太阳能资源成为未来的研究热点。众所周知,光催化技术可以将太阳能转化为化学能或电能,为环境污染提供解决方案。因此,半导体光催化技术被认为是解决能源危机和环境问题的最环保的技术之一。铋基半导体材料由于合适的能带结构、丰富的种类、无毒性和低成本,在光催化领域受到欢迎。然而,纯Bi基光催化剂存在光激发电子-空穴对复合效率高、量子产率低和光吸收能力有限的问题,导致光催化性能低。为了克服这些限制,人们设计了各种策略,比如金属或非金属掺杂、金属沉积、异质结构建和诱导缺陷生成来提高它们的光催化活性。在这些策略中,元素掺杂或金属沉积被认为是调整铋基材料能带结构和物化性质的有效方法。这个方法拓宽了光响应范围和提高了光催化性能。这篇综述总结了金属掺杂、非金属掺杂、金属和非金属共掺杂以及金属沉积改性铋基材料的最新研究进展。它也探索了它们在光催化降解污染物和重金属离子、氮气还原、二氧化碳还原、光催化抗菌等各个领域的应用。关于金属掺杂,我们将其分为三类:碱金属或碱土金属掺杂、过渡金属掺杂和稀土金属掺杂,并详细介绍了每种掺杂的优缺点。非金属掺杂则被分为卤素掺杂和非卤素掺杂,并重点研究非金属掺杂对铋基材料的影响。此外,我们还纵向比较了每个元素的优点。结合最近的研究进展,简要介绍了结合金属和非金属元素优点的共掺杂。对于金属沉积,我们主要从肖特基势垒和局域表面等离子体共振(LSPR)效应两个方面介绍了对Bi基材料的影响。最后,我们也呈现了金属或非金属改性Bi基光催化剂目前面临的挑战和前景。

基于内非金属元素掺杂的外微波电场协同增强镁储氢机理研究

在众多的固态储氢材料中,镁基材料已被公认为极具应用前景,但镁在储氢过程中需要克服动力学性能差(氢解离扩散难)、反应能耗高等难题,因而阻碍了其大规模商业化应用。微波外场可高效加速化学反应并降低反应温度和能耗,已逐渐应用于改善储氢过程,但目前针对内非金属元素掺杂外微波电场协同增强镁储氢的研究鲜有报道。为此,基于第一性原理计算探究了内掺杂非金属元素外微波电场协同改善镁储氢的作用机制,分析了有无非金属元素掺杂下镁—氢气体系在微波电场作用前后的吸附能、电子特性、过渡态等热动力学性能变化机理。研究结果表明:①微波电场改变了氢气分子和镁表面的电荷分布,使得氢气分子出现电荷分离(发生极化);②态密度计算结果也表明微波电场改变了H-s轨道的电子态分布,使得H-s电子向高能量区域移动,从而增强H-s与Mg-sp轨道杂化,导致镁与氢气之间的相互作用增强;③内非金属元素掺杂外微波电场协同改性使吸氢过程的反应能垒从0.94 eV大幅降至0.77 eV。结论认为:①微波电场有助于氢气发生极化,激活了氢气的反应活性,降低反应能耗;②内非金属元素掺杂外微波电场协同改性促进了氢气在镁表面的反应进程,有效提高了镁吸氢过程的动力学性能。

不同冶炼工艺生产H13钢中非金属夹杂物特征及其对力学性能的影响

采用真空感应+真空自耗(VIM+VAR)、电弧炉+炉外精炼+真空脱气+保护气氛电渣重熔(EAF+LF+VD+PESR)、EAF+LF+VD以及EAF+LF+VD+电渣重熔(ESR)等4种工艺冶炼H13热作模具钢,并进行高温扩散、轧制、奥氏体化和回火处理,研究了不同冶炼工艺生产H13钢中非金属夹杂物特征及其对力学性能的影响。结果表明:4种冶炼工艺生产的试验钢回火组织均为回火马氏体+未溶碳化物+析出碳化物;VIM+VAR工艺生产的试验钢中非金属夹杂物含量最少且尺寸较小,该钢的洁净度较高,力学性能最佳;EAF+LF+VD工艺生产的试验钢中非金属夹杂物含量最高且尺寸大,其碳化物质点易发生破碎,该钢的塑性最低。细小且数量少的非金属夹杂物在拉伸过程中不易作为裂纹源加速材料断裂,因此较高的洁净度可以提高H13钢的力学性能。

基于建筑设计的非金属模块化预制舱式变电站节能

以四川省乐山市龙口110 kV非金属模块化预制舱式智能变电站为研究对象,依托现有的建筑设计标准,借鉴建筑节能设计和使用经验,对非金属预制舱式变电站的预制舱式建筑形态设计和预制舱围护结构节能设计等节能技术进行了研究分析,提出了针对非金属模块化预制舱式变电站的节能综合设计策略。

非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚中的研究进展

环氧化物与环状酸酐的开环共聚是一种新型的脂肪族聚酯合成技术,其技术核心之一是催化剂的选择与应用。与金属催化剂相比,非金属催化剂在简易性、低毒性、单体适应性、经济性等方面表现出潜在优势,得到迅速发展。针对非金属催化剂在环氧化物和环状酸酐共聚领域的研究进展进行了综述,总结并评述了近年来有机碱、Lewis酸碱对以及其他非金属催化剂在开环共聚反应中的工作机制认识和催化实施效果,对其发展方向和工业化应用潜力进行了展望。

6种航天常用非金属材料热解及散发颗粒物特性研究

针对航天用非金属材料散发颗粒物潜在污染风险问题,采用高温加热与热流辐射点燃等方法对工程中常见的TPR橡胶等6种非金属材料的热解及散发颗粒物进行研究。结果表明:TPR橡胶具有相对较高火灾危险等级,其易点燃性、燃烧释放热量与烟雾量均较其他材料高;材料热解散发颗粒物随温度变化呈现不同的分布特征,热稳定性较低的材料散发颗粒物的粒径分布随温度升高向大粒径区间分布转移;不同温度材料散发颗粒物的粒径计数分布特征与质量分布特征并不一致,材料不同的分解方式对散发颗粒物形貌特征产生影响;颗粒物吸附物可检测到载人航天器环境医学控制目标污染物,人员暴露可引起健康风险。研究结果可为航天器舱内污染物监测与控制、评估与火灾预警等提供参考。

微波显微镜检测金属/非金属裂缝的研究

裂缝检测对钢结构和混凝土建筑、核电、航空等领域具有重要实际意义。本文采用谐振式同轴探头构造微波显微镜开展了金属和非金属裂缝的无损检测方法研究。首先,通过电磁仿真研究了耦合间隙、提离高度和探头材质等关键参数对检测性能的影响。然后,以机加工黄铜、铝合金样品和3D打印非金属样品进行了实验验证。结果表明:同轴探头在谐振频率处的S11幅度可用于材料表面裂缝的无损检测,耦合间隙、提离高度是影响检测灵敏度的主要设计参数;相比于传统的反射型同轴探头,谐振式探头检测灵敏度(有无裂缝时观测频点处的S11幅度差)提高了约20~30倍;针对金属样品的宽3.9 mm裂缝的仿真与实测结果吻合良好,裂缝宽度检测的相对误差<7.7%,且对于裂缝宽度为1.7 mm的3D打印非金属裂缝样品,其裂缝宽度实测相对误差在6%内。本研究对金属和非金属裂缝的无损检测具有一定借鉴意义。

基于共价有机框架非金属位点的光催化CO_(2)还原

光催化CO_(2)还原制备碳基化学品,是解决能源危机的理想途径之一.以往的研究主要聚焦于金属位点催化,尽管金属催化剂具有显著的应用潜力,但其高昂的成本和金属中心易失活的问题,限制了其广泛应用.因此,模拟植物光合作用,探寻基于非金属位点的光催化剂,为CO_(2)还原提供了新的解决思路.共价有机框架材料(COFs)作为一种新型有机晶态多孔材料,因其高度有序的结构和π共轭体系,通常表现出半导体特性.在COF中引入氮官能团,能有效增强对CO_(2)的吸附和活化能力,有望在COFs上实现非金属光催化CO_(2)还原.本文利用COF异质结材料研究了非金属位点催化CO_(2)还原过程.采用原位合成方法制备出ZnIn_(2)S_(4)@TAz-COF异质结材料.红外光谱、Raman光谱和X-射线衍射等方法证明了异质结材料的成功合成.扫描电镜和透射电镜观察显示,ZnIn_(2)S_(4)纳米片与COF形成了异质互融界面,这对后续研究电子转移路径和光催化增强机制至关重要.通过紫外-可见光漫反射光谱、紫外光电子能谱和Mott-Schottky表征,分析了复合前后样品在能带结构上发生的变化和单独组分的功函数.由此推断,当两者复合后,在费米能级差的驱动下,TAz-COF表面的电子流向ZnIn_(2)S_(4),在界面处形成内建电场,这与差分电荷计算结果相一致.进一步的原位光照X射线光电子能谱研究证实,ZnIn_(2)S_(4)@TAz-COF异质结两相之间存在电荷转移,在界面处形成由TAz-COF指向ZnIn_(2)S_(4)的内建电场.这驱动了ZnIn_(2)S_(4)导带上的光生电子与TAz-COF价带上的光生空穴定向迁移和复合,而TAz-COF导带上还原能力较强的光生电子和ZnIn_(2)S_(4)价带上氧化能力较强的光生空穴被空间分离并参与光催化反应.在以水为电子供体的光催化还原CO_(2)反应中,该异质结材料表现出较好的还原CO_(2)到CO活性和良好的稳定性,其转化效率可与部分金属催化的CO_(2)还原体系相当.密度泛函理论计算和原位光谱分析结果表明,吖嗪基团是CO_(2)分子的吸附和活化位点,吖嗪中的氮原子与CO_(2)中的碳原子的强相互作用确保了CO_(2)向COOH*中间体的转化,最终通过光生电子和质子的协助在COF表面转化为CO.综上所述,本文制备了ZnIn_(2)S_(4)@TAz-COF异质结光催化材料.在可见光照射下,该材料界面处形成的内建电场有效驱动了光生电子和空穴的定向迁移,使得COF导带上具有较强还原能力的光生电子与ZnIn_(2)S_(4)价带上具有较强氧化能力的光生空穴实现了高效的空间分离.在没有金属助催化剂和空穴牺牲剂的条件下,ZnIn_(2)S_(4)@TAz-COF复合光催化剂表现出较好的光催化CO_(2)还原活性.本工作不仅为深入理解非金属位点催化CO_(2)还原机理提供了新视角,也为设计和构建高效CO_(2)还原光催化材料提供了参考.

地质院校无机非金属材料专业教学方向初探

近年各地质院校(系)陆续开办了无机非金属材料(矿物材料)类专业。虽层次、目标、特点各异,但无疑对拓宽地质教育的路子,推动地质院校的改革和发展,促进学科教育的交叉渗透,提高我国非金属矿的开发应用水平,加强地矿系统的延伸产业有着深远的意义。笔者结合我校近几年非金属矿物材料专业和无机非金属材料专业建设的探索经验,就地质院校无机非金属材料(矿物材料)专业的教学方向提出一些粗浅的认识,与同行探讨。