战略性关键金属矿产标准物质现状和需求分析

为保障战略性金属矿产样品分析结果的准确可靠,需要相应的标准物质进行量值传递。中国现有战略性金属矿产标准物质300余种,覆盖了黑色金属、有色金属、贵金属和稀有稀土稀散(三稀)金属等多数矿种和矿床类型,在保障国内矿产资源研究和勘查开发等方面发挥了重要作用。然而,随着找矿突破行动的持续推进,现有战略性金属矿产标准物质体系已无法匹配矿产资源勘查研究和分析方法发展的需求。本文系统梳理了国内外战略性关键金属矿产标准物质体系,分析了中国现阶段已研制标准物质的局限性:(1)钨、锡、钴等有色金属矿产标准物质的品位级别量值系列不完整;(2)三稀金属矿产标准物质的研制基础相对薄弱,种类和数量尚无法满足三稀金属矿产资源开发和综合利用的需求;(3)形态、微区原位和野外现场分析等标准物质研制的理论基础相对薄弱。结合当前战略性金属矿产标准物质存在的不足,本文提出后续标准物质的研制应匹配战略性矿产资源全产业链条中分析测试的需求,同时开展同位素、微区原位和野外现场分析标准物质加工制备及定值关键技术攻关,为战略性矿产资源勘查、采选冶炼和分析技术发展提供质量保证和技术依据。

基于金属纳米材料的电化学生物传感器的研究进展

电化学生物传感器在医疗保健、食品和环境监测等领域应用日益广泛。纳米材料因其特殊的结构和性质,成为构建电化学生物传感器的首选材料,其中金属纳米材料具有巨大的潜在应用价值。本文综述了包括单金属纳米材料、多金属纳米材料、金属氧化物纳米材料和金属有机骨架在内的常见金属纳米材料在电化学生物传感器领域的应用,并对其未来的发展趋势进行了展望,以期为基于金属纳米材料的电化学生物传感器的进一步发展提供理论支撑。

基于镓基液态金属的柔性传感的研究进展

镓基液态金属(Gallium-based liquid metal,Ga-LM)具有高导电性、高拉伸性、高生物相容性和低毒性等优异性能,在柔性电子领域表现出巨大的应用潜力。然而由于Ga-LM特殊的流变性和氧化性,在控制成型和实际应用方面带来了一定的挑战。基于此,本文综述了Ga-LM在柔性传感领域研究与应用进展,介绍了Ga-LM传感器的不同基底特性及成型工艺,并分析了各自对应的优势、存在的问题和解决方案,旨为Ga-LM在柔性传感器领域的进一步研究和应用提供经验与参考。

Pb同位素在古金属制品溯源研究中的应用——原理、方法和实例

追溯古金属制品的矿石来源,探索古代不同文明之间金属流通与文化交流,一直以来都是备受国内外考古学界关注的研究热点。在众多古金属溯源研究方法中,Pb同位素因基础理论和实验方法成熟较早,目前应用最广。本文综述了Pb同位素在古代金属制品溯源研究中应用的原理、方法与重要实例,并简要分析了局限性,展望了应用前景:(1)理论上,Pb同位素能够对不同矿床进行一定程度的区分,且在冶金过程中不会发生显著的分馏,满足古金属制品溯源研究的大部分前提。(2)Pb同位溯源的方法包括简单对比法、特征参数法和等时线法。其中,简单对比法和特征参数法主要适用于古金属制品中Cu,Pb,Ag等金属的矿石来源;而等时线法主要用于示踪锡锭以及低铅富锡青铜器中Sn的矿石来源。(3)Pb同位素溯源研究的局限性包括重叠效应和混合效应。将Pb同位素与Cu,Sn,Ag等非传统同位素以及微量元素相结合,采用合理的数理统计方法开展综合溯源研究,是解决重合效应的重要途径和研究方向。跳出将金属制品与地质来源(矿床)进行匹配的固有研究范式,以重现古代文明间金属流通与文化交流路径为目标,开发类似于“牛津研究体系”的解决方案,是解决混合效应的重要途径和研究方向。

洛河洛阳段沉积物重金属空间分布及潜在生态风险

为明晰洛河洛阳段沉积物重金属分布、风险及来源,以洛河洛阳段为研究对象,采集入城区段、主城区段和出城区段13个点位的表层沉积物,分析重金属(Pb、Cd、Cr、Mo、Cu和Zn)的空间分特征,并利用地累积指数(I geo)法、潜在生态风险指数(RI)法和主成分分析等方法评价重金属污染程度、潜在生态风险及来源解析,结果显示:洛河洛阳段沉积物重金属平均质量分数Pb(42.90 mg·kg^(-1))、Cd(2.41 mg·kg^(-1))、Cr(76.86 mg·kg^(-1))、Mo(9.31 mg·kg^(-1))、Cu(35.15 mg·kg^(-1))及Zn(145.60 mg·kg^(-1))分别为黄河流域河南段重金属元素土壤背景值的1.7、14.2、1.1、13.7、1.5和2.2倍.Pb、Cr和Cu质量分数均表现为入城区段显著高于出城区段,Cd、Mo和Zn表现为主城区段显著高于出城区段,这6种重金属质量分数在入城区段与主城区段间无显著差异.入城区段和主城区段多数点位的Cd为偏重污染程度及以上,Mo为中度污染或偏重污染程度,其余为轻度或低污染程度.源解析显示,Pb、Cd、Mo、Cu和Zn主要为人为源,Cr以自然源为主.潜在生态风险指数法结果显示,入城区点位达到强生态危害水平(Ⅲ级)及以上,主城区段所有点位均达到很强生态危害水平(Ⅳ级),出城区段所有点位均达到强生态危害水平(Ⅲ级),其中,Cd对RI的贡献最大,占比64.10%,其次是Mo(32.67%).洛阳市应重点关注由钼产业可能引起的环境风险,并进一步降低Cd污染水平,方能降低洛河沉积物重金属的污染及潜在生态风险.

荧光碳点的制备及其在重金属离子检测中的应用研究进展

碳点是一种新型荧光碳纳米材料,具有光致发光、荧光稳定、无光漂白和水溶性好等特点,被广泛应用于环境监测、分析检测及光电元器件等领域。介绍了荧光碳点的制备方法,如电化学合成法、激光烧蚀法、水热法、超声波法、微波法和模板法等,分析了荧光碳点在检测重金属离子过程中出现荧光淬灭的主要原因,综述了荧光碳点在重金属离子检测中的应用,并对其未来发展方向进行了展望。

不同金属对喷气燃料热氧化沉积的影响

冷却通道壁面上的金属对航空煤油热氧化沉积过程有一定的促进作用.针对航空煤油在金属表面的氧化结焦情况,设计了金属基底氧化沉积实验系统,研究了不同金属对航空煤油氧化沉积的影响.实验结果表明,Fe基底表面沉积量显著高于其他4种基底,沉积量为5.2 mg,而Cu和Ti表面沉积仅为0.8 mg和0.4 mg,Fe、Cr和Ni促进了脱氧和脱氢过程,并显著消耗含氧物质,而铜对喷气燃料的氧化作用最强,生成大量含氧组分,烯烃等物质被氧化后生成更多的醇和烷烃.

不同生物炭的制备及其对重金属和抗生素的吸附性能

选用咖啡渣、核桃壳、水葫芦和椰壳为原材料,在不同热解温度下制备生物炭,并对含Cu、Zn、土霉素(OTC)、环丙沙星(CIP)和多西环素(DOX)的模拟废水进行净化处理。结果表明,700℃为生物炭的最佳热解温度,水葫芦生物炭(SBC700)对单一重金属Cu和Zn的吸附效果最好,椰壳生物炭(YBC700)对单一抗生素OTC、CIP和DOX具有较强的吸附效果,4种生物炭对单一重金属或抗生素的吸附行为均为化学吸附。以水葫芦和椰壳为原材料在700℃下制备复合生物炭,并研究其对Cu、Zn和1种抗生素复合污染物的吸附效果。复合生物炭有利于提升对复合污染体系中Cu和抗生素的吸附效果;停留时间越长,复合生物炭对Cu和Zn的去除效果越好,对3种抗生素去除效果影响不显著;综合考虑经济效益和去除效果,复合生物炭的最优投加量为2.5 g/L;随pH增加,复合生物炭对Cu、Zn的吸附量也逐渐增加,在pH=6时最大吸附量分别达到1.90、8.40 mg/g,pH对OTC、CIP和DOX吸附量无明显影响,平均去除率都高于88%。在热解温度700℃下制备的水葫芦和椰壳复合生物炭综合性质较佳,为生物炭吸附重金属和抗生素复合污染提供了新思路。

应用二维经验模分解(2D-EMD)-主成分分析(PCA)组合模型定量圈定与评价胶东金与关键金属找矿靶区

近年来,随着制造业和全球经济发展,全球对矿产资源的需求量大幅上升,迫切需要研究和开发新方法来勘探未发现矿产资源。然而,多阶段的成矿作用使成矿元素在地质单元内的分布呈现出复杂的叠加特征,而且大多数矿产常常伴生多种元素。本研究将二维经验模分解(2D-EMD)与主成分分析(PCA)相结合,基于胶东金多金属矿集区水系沉积物地球化学数据,提取局部和区域多元素组合异常分量,从多阶段成矿过程产生的复杂叠加异常中识别找矿靶区。研究结果表明:(1)通过PCA建立了Au-Ag-Cd和Be-La-Mo-Nb-Th-U-Y两种多元素组合;(2)应用2D-EMD从主成分得分分别识别多元素成矿组合局部和区域异常分量;(3)局部异常分量可用于识别Au-Ag-Cd和Be-La-Mo-Nb-Th-U-Y找矿靶区,区域异常分量可识别高背景带。结合局部异常分量和花岗岩的空间分布,推断Au-Ag-Cd矿化与玲珑花岗岩和郭家岭花岗闪长岩侵入有关,Be-La-Mo-Nb-Th-U-Y矿化与郭家岭花岗闪长岩侵入体和伟德山二长岩侵入体侵入有关,郭家岭花岗闪长岩岩体具有贵金属和关键金属双重成矿特征。

冷金属过渡技术在异质连接及增材制造中的应用

冷金属过渡(CMT)技术是在传统MIG/MAG焊基础上开发的一种改进型熔化极气体保护焊,具有热输入低、飞溅小、成形美观、绿色高可靠等一系列优点,广泛应用于航空航天、海工装备、车辆工程等领域。概括了冷金属过渡技术的原理及特点,重点介绍了冷金属过渡技术在异种金属焊接、薄板焊接、增材制造等的研究应用,以及目前存在的一些问题及未来需要研究的重点和方向。

X65管线钢非金属夹杂物演变规律分析

为优化X65管线钢综合性能,减少非金属夹杂物对钢性能的影响,开展了X65管线钢中非金属夹杂物演变规律探究。通过工业化试验,对X65在精炼以及浇铸过程中的LF进站、 LF出站、VD破空、喂钙线结束、软吹结束、中间包开浇时及铸坯、热轧板上分别取钢水样和钢样进行检测分析。结果显示,LF进站时与出站时相比,非金属夹杂物类型和形状发生变化;VD破空后与钙处理后相比,非金属夹杂物类型和含量发生变化;软吹结束、中间包、连铸坯、热轧板钢中非金属夹杂物类型未有明显变化,但数量及含量发生变化。因此,采取相应优化措施,可有效控制钢中非金属夹杂物类型、大小及含量。

基于APCS-MLR模型和UNMIX模型的农田土重金属源解析

为探明某堆浸场下游农田土壤重金属的空间分布特征、污染现状及来源,共采集0.2m和0.5m深度76个采样点的152个土壤样本,测定Cu、Zn、Cr等8种金属元素含量,运用单因子污染指数法和内梅罗污染指数法评价其污染水平,进而采用主成分分析、绝对主成分-多元线性回归(APCSMLR)模型和UNMIX模型分别解析污染源,并使用地统计学分析法进行验证。结果表明,土壤中Cr、Pb、As和Hg的含量平均值超过云南省土壤背景值,其中,As含量高于背景值和筛选值的点位比例分别超过90%和70%。UNMIX模型解析结果显示重金属污染源主要有4个,源1为矿业开发和交通源,对As和Pb的贡献率分别为65%和56%;源2为农业活动源,对Cd的贡献率为91%;源3为自然母质源,对Cu、Zn、Cr、Ni的贡献率分别为63%、61%、62%和55%;源4为燃煤源,对Hg的贡献率为94%。APCS-MLR模型解析结果与UNMIX模型基本一致,但未单独识别出自然母质源。上述结果可为农田生态环境管理精准施策提供技术支撑,为矿山污染防治及改善采矿工艺流程提供理论依据。

铁钴金属氧化物活化过硫酸盐降解水中苯并噻唑

随着经济的发展,各类化学品的大量使用产生了许多新兴污染物,目前如何处理这些新兴污染物已成为环境领域研究的热点。作为一种常用的化工产品,苯并噻唑(BZA)已成为水中新兴的有毒化合物,对水生生态环境和饮用水安全构成了较大的威胁。试验通过溶胶凝胶法制备FeCo_(2)O_(4)纳米材料,利用XPS(X射线光电子能谱)、HRTEM(高分辨率透射电镜能谱)、SEM(扫描电镜能谱)和XRD(X射线衍射)对BZA进行表征。以水中的BZA为目标物,基于过单硫酸盐(PMS)的高级氧化技术,对FeCo_(2)O_(4)活化PMS降解BZA的效果进行试验,并探讨了影响因素和降解机理。试验结果表明:当加入0.3 g/L的FeCo_(2)O_(4)和3 mmol/L的PMS时,在90 min内能完全降解BZA,同时FeCo_(2)O_(4)在循环使用4次后仍对污染物有76.90%的降解率,FeCo_(2)O_(4)纳米材料活化PMS对水中的BZA降解效果明显。其中自由基SO_(4)^(·-)对降解BZA起着主导作用,水中常见的阴离子HCO_(3)^(-)会促进体系对BZA的降解,而腐殖酸和Cl^(-)起抑制作用。

难变形金属复杂构件电流辅助流动-分形旋压成形机理研究

针对采用传统多道次切削及插齿工艺所制备难变形金属复杂件存在的工艺流程长、强韧性不足等问题,提出采用电流辅助流动-分形旋压工艺实现此复杂件少无切削的近净成形。以具有“差异壁厚”和“差异结构”的30CrMnSiA合金结构钢复杂构件为研究对象,分析了电流辅助流动-分形旋压成形原理;基于ABAQUS软件建立了电流辅助流动-分形旋压成形有限元分析模型,并对模型精度进行了验证;分析了电流辅助流动-分形旋压成形机理并进行试验研究。结果表明:所构建的有限元模型对电流辅助流动-分形旋压成形工艺的预测精度较高,两种工艺的最大相对误差分别为6.72%和5.63%。电流辅助流动旋压的材料呈现三向压应力状态,在成形末期坯料壁部存在较大的拉应力和拉应变;电流辅助分形成形时,变形材料的应力分布则呈现齿槽材料呈现三向压应力状态,齿顶则为径向拉、其余两向压的应力状态;脉冲电流可降低了材料变形抗力,不仅缩小了流动旋压变形区的危险区,同时也可提高分形旋压时材料向径向填充的能力,进而减弱了齿形填充不满的现象。试验结果表明,电流辅助流动-分形旋压工艺可实现难变形复杂构件的高精度高强韧性制备。

m-DABDT金属有机骨架电子性质和应变调控效应的第一性原理研究

金属有机骨架材料具有低密度,高孔隙率和充分暴露的活性位点等结构特点,在光电探测、分子识别和分离以及催化等等领域具有良好的应用前景.合理地选择金属中心是新型金属有机骨架材料设计及性能调控的有效策略.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了五种不同金属中心的一维链状金属有机骨架m-2,5-二氨基-1,4-苯二硫醇(DABDT)(m=Fe,Co,Ni,Cu,Zn)的电子性质.计算结果表明:考虑自旋极化条件下的HSE06杂化泛函计算的带隙值与实验值最为符合;随着金属中心d轨道占据数增加,能带结构呈现直接-间接-直接带隙的转变过程;当金属中心为Ni和Zn时,应变可诱导m-DABDT发生直接-间接带隙转变且带隙呈单调变化,同时其电子迁移率均大于空穴迁移率;当金属中心为Fe时,外加应变下m-DABDT保持直接带隙且带隙呈非单调变化,同时其空穴迁移率大于电子迁移率.这些研究结果揭示了m-DABDT金属有机骨架电子性质的调控机制,为光电器件的设计提供理论指导.

用废弃混凝土处理重金属污水

本文建立了从废弃混凝土中分离水化硅酸钙(C-S-H)凝胶的新方法,利用C-S-H凝胶的大比表面积和高孔隙率来治理重金属污水。考察了在C-S-H凝胶吸附重金属的过程中,反应温度、反应时间、搅拌强度等参数对重金属去除效果的影响。结果表明,C-S-H凝胶去除工业废水中重金属元素的最佳条件为:反应温度60℃,反应时间30min,搅拌强度300r·min^(-1)。在此条件下,C-S-H凝胶对重金属元素Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb的吸附容量,分别为20.0、22.5、15.0、20.0、17.5、12.5mg·g^(-1),在最佳反应条件下,所有重金属元素的去除率均大于98%。本方法为巨量废弃混凝土的大规模资源化再利用,实现工业废水中重金属元素的无害化处理开辟了新思路,达到了以废治废的目的。

新工科背景下《金属基复合材料》课程多元化教学模式的创新与实践

随着新工科的发展,对工程类人才的培养提出了更高的要求。本文以《金属基复合材料》课程为例,探索了多元化教学模式的创新与实践,包括翻转课堂、项目式学习、混合教学和校企合作等方式。通过分析课程现状和存在的问题,提出具体的改革对策。实践表明,多元化教学模式能够显著提升学生的学习效果、实践能力和创新意识,为新工科人才培养提供重要支持。

基于复杂网络的土壤重金属污染评价研究

城市土壤重金属污染严重影响生态环境,防治土壤重金属污染是生态文明建设的重要组成部分。基于2013年黄骅市土壤采样点重金属元素含量数据,利用复杂网络方法构建了采样点共异常网络和元素共异常网络,并采用社团划分算法分析了土壤污染的空间集聚特征。采样点共异常网络结果表明,黄骅市污染情况普遍,重污染集中在北部吕桥镇;黄骅市污染采样点可分为社团进行共同治理,其中骅中街道与吕桥镇污染情况最为相似,应考虑共同治理污染。元素共异常网络结果表明,Cu元素是黄骅市污染情况最为严重的元素,它与Cr元素的污染分布在黄骅市的相似区域。研究结果可为黄骅市表层土壤污染治理提供重要参考。

林芝市巴宜区—工布江达路段土壤重金属分布特征分析

以林拉高级公路为调查对象,对公路路旁表层土壤进行调查和分布特征分析。选取林芝市巴宜区至工布江达路段更具有代表性。研究方法使用多种酸混合消解土壤样品,用原子吸收分光光度法确定公路沿线的土壤样品中重金属Pb、Cr、Zn、Cd、Mn、Cu的含量。结论表明林芝市巴宜区至工布江达路段公路土壤均受到不同程度的重金属污染,其中镉金属污染水平较为严重,铬金属污染水平最轻,较为清洁,其余重金属污染均处于不同程度的轻度污染,其污染程度由低至高Zn<Cu<Pb<Mn,公路不同位置受到重金属含量差异较明显。根据金属含量分析相关性结果表明:Cu、Pd、Cr三种重金属污染可能为同源污染,Zn、Cd金属污染为同源污染。

二氧化锰修饰氮掺杂碳管球的制备及其在锂金属电池中的应用

为解决锂金属作为负极因锂枝晶生长而造成电池的安全隐患,以及锂枝晶脱落产生死锂而使电池性能变差的问题,采用水热法,通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和高锰酸钾反应,制备了二氧化锰(MnO_(2))修饰氮掺杂碳管球(NCNT@MnO_(2)球),对其微观形貌和结构进行了表征;将NCNT@MnO_(2)球作为存储锂的基底并通过电化学沉积制备了锂金属复合负极,并对该复合负极组装的对称电池、全电池进行了循环稳定性能和倍率性能分析。结果表明:氧、锰、氮元素均匀分布在NCNT@MnO_(2)球上,并形成有效亲锂梯度结构;在1.0 mA/m^(2)的电流密度下,Li‖Li对称电池能稳定循环300 h,表明MnO_(2)和氮的修饰有利于锂的均匀沉积和稳定界面,并减少死锂的产生;全电池在5.0 C倍率下恒流充放电,比容量达117 mAh/g,大大超过无任何修饰的碳纳米管(CNT)所组装电池的比容量(仅65 mAh/g);在1.0 C电流密度下的长循环测试中,使用NCNT@MnO_(2)球复合负极的全电池初始容量高达153 mAh/g,并可稳定工作500次循环,平均库伦效率超过99.3%。该研究制备的NCNT@MnO_(2)球可以有效地保护锂金属负极,是延长锂金属电池寿命、提高电池比容量与库伦效率的可行策略。