基于光谱学分析的硬质聚氨酯泡沫/钢渣/次磷酸铝复合材料阻燃机理研究

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)的优异性能使其在各领域被广泛应用,但本身的易燃性为其在应用过程中埋下了巨大的安全隐患。钢渣(SS)作为提炼铁精矿后排放的固体废弃物,因其综合利用效率低下而造成一系列环境污染问题。为提高RPUF火灾安全性和钢渣的附加值,将SS和次磷酸铝(AHP)引入到RPUF中,采用一步全水发泡法,制备一系列阻燃RPUF(FR-RPUF)复合材料。利用射线荧光光谱分析(XRF)探究了SS的化学成分,并系统研究了SS/AHP对FR-RPUF复合材料的微观形貌、热稳定性、阻燃性能以及气相产物的影响。XRF测试表明:钢渣的化学成分主要是CaO、SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、SO_(3)、MgO,以上金属氧化物能够作为协效剂促进聚合物成炭,并覆盖在材料表面阻隔燃烧热,在凝聚相达到阻燃目的。扫描电镜(SEM)测试表明:SS/AHP与RPUF基体的相容性较差导致FR-RPUF的泡孔出现不同程度的破损。阻燃测试表明:RPUF-1、RPUF-4、RPUF-5的极限氧指数分别为24.2 vol%、23.4 vol%、19.7 vol%,说明SS和AHP存在一定的协效阻燃作用,且RPUF/SS/AHP复合材料全部通过UL-94 V-0级别,满足外墙保温材料使用要求。热重-红外分析(TG-FTIR)测试表明:SS/AHP并未改变RPUF的降解过程,气相产物主要为碳氢化合物、羰基化合物、氨基甲酸酯、CO_(2)、异氰酸酯化合物、芳香族化合物、氰化氢、羰基化合物和酯类。对典型挥发性产物进一步分析发现,AHP和SS的加入促进RPUF基体早期降解。拉曼测试表明:当SS/AHP加入到RPUF后,RPUF-4的D峰与G峰的峰面积比(I_(D)/I_(G))值最小,表明SS/AHP的加入提高了FR-RPUF复合材料炭渣的致密性、石墨化程度。结合上述分析提出阻燃机理:首先AHP吸热分解,降低了火焰周围的温度,其分解的PO·自由基捕获游离的HO·抑制连锁反应,分解产生的焦磷酸铝与炭渣覆盖在基体表面,抑制了火焰和可燃气体的扩散。AHP分解产生的PH3遇氧气生成酸性物质(磷酸和聚磷酸),促进了RPUF脱水成炭,并且钢渣中的矿物成分会与磷酸或聚磷酸反应,形成致密炭层,与AHP共同发挥协效阻燃作用。研究为SS和AHP复配阻燃硬质聚氨酯泡沫材料提供理论依据和实验基础。

利用光谱学分析探究高温木叶黑釉瓷的实验模拟

高温木叶黑釉瓷作为一种兼具雅致和审美特点的文化符号,因其独特的装饰效果逐渐成为中国茶道文化中备受青睐的陶瓷器具。然而,其配烧技术至今仍然神秘莫测,虽得到学者们的持续关注仍未完全披露其形成和机理。为此,采用实验模拟方法并结合光谱学分析,通过利用样品色调角h°、饱和度C*以及反射光谱曲线和超景深显微镜观察分析釉面显微结构及其与黑釉呈色之间的关系,揭示了黑釉呈色和木叶纹清晰展现的机理,并基于传统黑釉筛选出了一组最佳的釉料配烧参数,其中Si/Al摩尔比在10.14~10.47,MgO摩尔量为0.19~0.22,CaO摩尔量为0.42~0.47,施釉厚度在0.7~0.9 mm之间可使黑釉呈现出最稳定的色泽和清晰度,并且木叶纹装饰较为理想。研究结果表明,合理的釉料配方组成及施釉厚度等对于黑釉的色调呈现和木叶纹清晰装饰具有至关重要的作用,同时,所采用的光谱学分析方法和实验模拟方法可以有效地辅助陶瓷行业中的釉料配方优选研发,有望提高制瓷工艺的精细化和智能化水平。同时,实现了对木叶黑釉显微结构与反射光谱曲线特征的解析,凸显了光谱学分析方法在陶瓷泥釉料研发方面的应用前景,有助于促进陶瓷文化的发展,为珍贵文化遗产的保护、传承和发扬提供理论支持,具有重要的实际应用价值。

电炉渣超微粉改性生物质废弃物制备生态活性炭的光谱学分析

利用木材、竹子、等其他生物资源制备具有发达多孔结构与丰富比表面积的活性炭,存在生产成本较高、不利于生态环境的可持续发展、使用寿命短和失效后容易造成室内环境二次污染的问题。冶金固体废弃物与生物质废弃物是工业生产与农业生产主要的副产品,因利用难度大、附加值低且成本高,导致大量堆放和填埋,不仅造成生态环境的污染,而且极大的浪费潜在资源。面对上述问题,利用冶金固体废弃物与生物质废弃物开发一种价格低廉且性能优越的生态活性炭,既是冶金固体废弃物与生物质废弃物的高附加值利用与资源可持续发展的重要途径之一,也是大幅降低改性活性炭生产成本与提高经济效益的重要途径之一。以核桃壳与电炉渣为研究对象,利用电炉渣中含有的金属氧化物对生物质废弃物进行改性处理制备用于甲醛降解的生态活性炭,依据《室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量》(GB18580-2017)对生态活性炭性能进行测试。利用X-射线光电子能谱(XPS)对元素含量进行测试与分析,X-射线荧光光谱仪(XRF)对化学成分进行测试与分析,傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对结构组成进行测试与分析,X-射线衍射仪(XRD)对矿物组成进行测试与分析,扫描电子显微镜(SEM)对微观结构进行测试与分析,激光粒度仪(LPSA)对粒度分布进行测试与分析和比表面积及孔径测定仪(BET)对孔结构进行测试与分析,以揭示核桃壳与电炉渣制备生态活性炭的机理,以及生态活性炭对甲醛的降解机理。结果表明:核桃壳超微粉与电炉渣超微粉进行复合制备具有良好降解甲醛性能的生态活性炭,不仅实现了冶金固体废弃物与生物质废弃物的高附加值的利用,而且提出了"以废治危"的新室内空气甲醛治理理念。电炉渣超微粉较好的被包裹于生态活性炭层状结构中,提高生态活性炭的粉化率,形成粒径较小的颗粒,有利于提高生态活性炭与甲醛的降解作用面积。电炉渣超微粉中含有Fe元素、Mn元素与Ti元素,Fe元素具有磁性促使大量甲醛在生物质活性炭孔结构表面形成富集,Mn元素与Ti元素对已经富集的甲醛进行催化降解,实现吸附降解与催化降解的协同作用。

烧结烟气脱硫脱硝用活性炭混合钢渣复合材料的光谱学分析

钢渣是冶金工业中产生的主要固体废弃物,其产量约为每年粗钢产量的15%~20%。由于技术的局限,导致我国钢渣利用率较低,仅为年钢渣产量的10%,同时加之管理制度的不健全,导致钢渣大量露天堆放,对土地资源、地下水源,以及空气质量形成严重影响。固体废弃物再利用是资源可持续发展的重要途径之一,钢渣的主要化学成分为CaO, SiO2, Al2O3, MgO, Fe2O3, MnO, f-CaO等。面对上述问题,利用冶金固体废弃物与活性炭开发一种价格低廉且性能优越的活性炭混合钢渣复合材料,既是冶金固体废弃物的高附加值利用与资源可持续发展的重要途径之一,也是大幅降低改性活性炭生产成本与提高经济效益的重要途径之一。该研究创新性以活性炭与钢渣为研究对象,利用钢渣中含有的金属氧化物对活性炭进行改性处理制备用于烧结烟气脱硫脱硝的活性炭混合钢渣复合材料,通过搭建实验反应装置对活性炭混合钢渣复合材料的脱硫脱硝性能进行测试。利用X射线荧光光谱仪(XRF)对钢渣的化学成分进行测试与分析,比表面积及孔径测定仪(BET)对活性炭混合钢渣复合材料的孔结构进行测试与分析,傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对钢渣的结构组成进行测试与分析,扫描电子显微镜(SEM)对活性炭混合钢渣复合材料的微观结构进行测试与分析,以揭示活性炭与钢渣制备活性炭混合钢渣复合材料的机理,以及活性炭混合钢渣复合材料对烧结烟气脱硫脱硝的机理。结果表明:当钢渣为电炉热泼渣、钢渣与活性炭质量比为2∶4、钢渣与活性炭细度为400目时,活性炭混合钢渣复合材料具有良好的脱硫脱硝性能与合理的经济性,即脱硫效率为100%、脱硝效率为58%。活性炭混合钢渣复合材料具有的多孔结构对SO2和NO进行有作用,钢渣中Fe2O3与MnO2促使活性炭官能团进行催化还原反应提高脱硫脱硝性能,其中吸附作用是主导与前提,催化还原反应是辅助与协同。以期为高附加值的钢渣利用提供新途径,实现钢铁企业以废治废、以废增效的目的。

经酸洗和碱洗处理的伊犁煤焦油的光谱学分析

煤焦油中所含杂质,尤其是不溶物或交联结构极易造成煤焦油深加工设备的堵塞,从而影响煤焦油加工产品的质量.对煤焦油进行净化处理,脱除其所含原生杂质有利于深加工工艺的平稳运行.为此,对新疆伊犁地区产中温煤焦油分别进行酸洗和碱洗处理,以除去煤焦油的部分不溶组分、净化其组成;同时采用核磁共振谱仪和红外光谱仪研究了经酸洗、碱洗处理前后煤焦油相关结构参数的变化.结果表明,分别经酸洗、碱洗处理后,煤焦油的芳碳率均明显减小,而脂碳率相对增加;且碱处理后脂碳率的增加更为显著.经酸洗处理后,焦油芳烃化合物中的缩合芳香核上连接的烷基侧链明显减少,烷氧基发生部分转化或降解,羧基或羰基部分相对含量有所增加,而碱处理后羧基或羰基部分相对含量增加值较为显著.就煤焦油复杂成分的净化而言,碱洗处理效果更好.

焦炉上升管内壁结焦炭层的光谱学分析及结焦机理研究

以焦炉上升管内壁结焦炭层块为研究对象,采用X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和激光共聚焦拉曼光谱仪(Raman)对结焦炭层的元素组成,以及各结焦炭层的矿物组成、组成结构和分子结构进行测试。分析从结焦炭层块外表面向内表面过渡的各结焦炭层的差异性,揭示焦炉上升管内壁结焦机理。结果表明焦炉上升管内粉尘中Fe,S和Cr极易催化荒煤气中蒽、萘等稠环芳烃化合物成炭,在焦炉上升管内壁形成炭颗粒沉积,为焦油凝结挂壁提供载体,在荒煤气温度降至结焦温度时易结焦积碳。结焦炭层均含有芳香层结构,随着结焦炭层从外表面向内表面过渡,各结焦炭层的面层间距(d002)逐渐降低、层片直径(La)先降低后增加、层片堆砌高度(Lc)和芳香层数(N)先稳定后增加。结焦炭层石墨化过程是由结焦炭层内表面向外表面进行,主要包括其片层外缘的羧基和部分C—O结构的降解剥离,从而形成高度规整的共轭结构。结焦炭层块中C元素是以结晶碳与无定型碳的混合物形式存在。以上研究为解决焦炉上升管内壁结焦及腐蚀问题,提高换热器换热效率,有效回收焦炉荒煤气显热,降低焦化企业能耗提供实验基础和理论依据。

基于光谱学分析的水泥基渗透结晶防水材料作用机理探讨

以渗透结晶防水材料为研究对象,将渗透结晶防水材料掺入水泥基材料制备水泥基渗透结晶防水材料。基于X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析了渗透结晶防水材料的组分,在此基础上研究了渗透结晶防水材料对构件力学性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射仪(XRD)对水泥基渗透结晶防水材料构件的微观形貌和物相组成进行分析,结合抗压强度回复率、抗渗压力等相关数据,阐明水泥基渗透结晶防水材料作用机理。研究表明,渗透结晶防水材料的主要成分为氧化钙、硅酸钠、二硅酸钠、碳酸钙、氢氧化钙、稠环芳烃类减水剂、乙二胺四乙酸盐。掺入渗透结晶防水材料的水泥基渗透结晶防水材料,其力学性能、抗渗性能、自愈合性能优越,即7,14和28 d的抗折强度分别为2.65,3.29和4.35 MPa,抗压强度分别为12.11,14.57和16.77 MPa;一次抗渗压力与二次抗渗压力分别为0.8和0.9 MPa;7,14,28和56 d的抗压回复率分别为80.91%,90.35%,100.44%和105.90%。水泥基渗透结晶防水材料的作用机理:渗透结晶防水材料中硅酸钠、二硅酸钠与水泥中的钙离子发生反应形成水化硅酸钙凝胶(C—S—H凝胶),有效修补裂缝;氧化钙、碳酸钙以及氢氧化钙作为钙离子补偿剂提供大量钙离子,在水环境下有效促使裂缝愈合;碳酸钙在水环境中缓慢溶解产生Ca^(2+),CO_(2)-3以及HCO-3,CO_(2)-3与HCO-3结合大量钙离子生成碳酸钙结晶,与C—S—H凝胶协同作用对水泥基材料的裂缝进行封堵。

襄麦冬多糖提取物体外抗氧化活性的光谱学分析

麦冬多糖是湖北道地药材——襄麦冬(Liriope spicata var.prolifera)的主要活性成分之一,在临床医学研究、保健品开发、食品生产中应用广泛。为了综合开发襄麦冬多糖资源,探讨其作为一种天然抗氧化剂的潜在可能性,本研究采用α-脱氧核糖法、邻苯三酚自氧化法、DPPH法、亚油酸体系法、ABTS法以及铁氰化钾还原法等方法,对襄麦冬块根多糖提取物进行了体外抗氧化能力测试。光谱学分析显示,襄麦冬多糖的清除自由基活性及还原能力与其提取物的浓度呈线性关系,浓度越高,其清除自由基能力和还原能力就越强。在清除自由基方面,除了对超氧阴离子的清除率仅为20%之外,麦冬多糖对其它自由基的清除率都超过50%,尤其对DPPH自由基最高,维持在59%左右。结果表明,襄麦冬多糖具有一定的新型抗氧化剂的开发潜力。

《光谱学与光谱分析》期刊社决定采用ScholarOne Manuscripts在线投稿审稿系统

《光谱学与光谱分析》期刊社与汤森路透集团签约,自2010年12月1日起《光谱学与光谱分析》决定采用Thomson Reuters旗下的ScholarOne Manuscripts在线投稿审稿系统。

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从2008年第7期开始在《光谱学与光谱分析》网站(www.gpxygpfx.com)“在线期刊”栏内发布《光谱学与光谱分析》期刊全文,读者可方便地免费下载摘要和PDF全文,欢迎浏览、检索本刊当期的全部内容;并陆续刊出自2004年以后出版的各期摘要和PDF全文内容。2009年起《光谱学与光谱分析》每期出版日期改为每月1日。

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