Ce-MOFS/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及其光催化二氧化碳还原制一氧化碳研究

以硝酸铈和尿素为原料,1,3,5苯三甲酸为配体,采用简单的静电自组装法合成了铈金属有机框架(Ce-BTC)和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))的复合材料(Ce-BTC/g-C_(3)N_(4)),用于二氧化碳还原制一氧化碳的研究,并探索Ce-BTC的复合对g-C_(3)N_(4)性能的影响机制。利用X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱、阻抗、光电流测试和CO_(2)还原性能测试对复合材料的结构、形貌、光电学性能及催化性能进行研究。结果表明Ce-BTC与g-C_(3)N_(4)的复合可能使得g-C_(3)N_(4)层间距发生改变,在细化晶体颗粒的同时提高样品比表面积,使复合样品获得更高的可见光捕获能力且载流子的分离效率更高;在仅加入1 mL H2O作为质子提供源的前提下,Ce-BTC/g-C_(3)N_(4)-3拥有最优光催化性能。CO产率为19.02μmol/(h·g),是g-C_(3)N_(4)的2.25倍,循环测试后催化性能基本保持稳定。

稀土La对20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物改质影响研究

20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物尺寸及分布直接影响钢的力学及服役性能,控制钢中TiN夹杂物形貌及尺寸分布是提升20CrMnTi齿轮钢性能的有效路径。利用试验及热力学计算等方法,研究了稀土La对20CrMnTi齿轮钢中TiN夹杂物的改质行为。结果表明:未加稀土La元素时,析出的TiN微粒会在Al_(2)O_(3)核心上析出长大,逐渐成为尺寸较大的方形Al_(2)O_(3)-TiN复合相夹杂物,此时钢中含TiN夹杂物主要为纯TiN或Al_(2)O_(3)-TiN复合相夹杂物。加入稀土La后,钢中LaAlO3先于Al_(2)O_(3)核心析出,析出的LaAlO3将作为TiN形核核心,后续析出的TiN会在LaAlO3核心上异质形核长大,逐渐成为尺寸较小的LaAlO3-TiN复合相夹杂物,且改质后的TiN夹杂分布较为均匀。稀土La的加入可有效改质钢中TiN夹杂物形貌及尺寸,使得钢中TiN夹杂物由大尺寸棱角尖锐的不规则形状转变为小尺寸夹杂物,此时,钢中含Al_(2)O_(3)-TiN复合相夹杂物被改质为LaAlO3-TiN复合相夹杂物,钢中含TiN夹杂物平均尺寸由4.825μm降至2.846μm。

利用白云鄂博铁精矿铝土矿制备Fe-Al_(2)O_(3)复合材料的研究

以白云鄂博铁精矿和铝土矿为主要原料,以活性炭为还原剂,采用无压烧结法制备了Fe-Al2O3复合材料.研究了不同烧结温度以及不同铝土矿添加量对相组成、微观结构、力学性能和耐腐蚀性的影响.结果表明:烧结温度以1380℃为最佳,并发现铝土矿的添加量有利于材料力学性能的提升.其主要原因为铝土矿中含有TiO_(2),CaO,MgO等成分,在高温下形成液相,可以有效地促进复合材料的烧结.另外,液相也造成金属相周围热容不同,导致过冷度发生变化,进而影响金属相位错密度,低位错密度可以提高合金相的塑性变形能力.表明矿物中的杂质氧化物并不会影响复合材料的最终力学性能,反而具有一定的积极作用,为白云鄂博矿物的综合利用提供新的途径.

La_(2)(Ce_(0.3)Zr_(0.7))_(2)O_(7)⁃NiCr_(2)O_(4)材料高温红外发射率研究

固相法合成了La_(2)(Ce_(0.3)Zr_(0.7))_(2)O_(7)-nNiCr_(2)O_(4)(n=0%,5%,10%,15%)陶瓷材料,利用X射线衍射仪、扫描电镜以及傅里叶变换红外光谱仪对其物相结构、显微形貌、高温红外发射率以及红外吸收光谱进行表征.结果表明:合成的La_(2)(Ce_(0.3)Zr_(0.7))_(2)O_(7)-nNiCr_(2)O_(4)陶瓷材料均为以烧绿石晶体为主相的立方结构,显微结构致密,晶粒尺寸均匀且随NiCr_(2)O_(4)含量的增加而增大.随NiCr_(2)O_(4)(n=0%,5%,10%,15%)质量分数的增加,陶瓷材料1100℃红外发射率(3~5μm)不断升高,n=15%时,高温红外发射率最高可达0.76.红外吸收光谱分析结果显示,NiCr_(2)O_(4)的掺入使晶体结构中Zr—O键伸缩振动发生了明显的变化,晶格振动增强,最终材料的红外发射率提升.

Ge掺杂Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)电解质材料制备与性能研究

采用溶胶凝胶法合成了不同Ge含量的Ge_(x)Sm_(0.2)Ce_(0.8-x)O_(1.9)(x=0~0.04,xGSDC)电解质粉体.XRD结果表明:Ge^(4+)在xGSDC电解质中的固溶度低于4%;SEM和致密度结果分析表明1GSDC比SDC具有更高的致密度,Ge掺杂提高材料的烧结性能,1450℃烧结的1GSDC的致密度为99.30%;1450℃烧结的1GSDC在750℃下电导率为0.050 S·cm^(-1),而SDC在750℃下的电导率为0.034 S·cm^(-1),Ge的掺杂提高了1GSDC的晶界电导;以1GSDC为电解质的单电池在750℃的最大功率密度达到552 mW/cm^(2).

Ce_(0.95)Sn_(x)Pr_(0.05-x)O_(2)系红色颜料及黄色氧化锆陶瓷的制备及性能探究

现如今大多数无机颜料含有Cd、Co、Cr、Hg等有毒元素,它们在使用过程中的析出会对环境和人体健康造成危害,所以需要研发环境友好型颜料来替代含有有毒元素的无机红色料。通过一定的工艺流程制备出一系列化学式为Ce_(0.95)Sn_(x)Pr_(0.05-x)O_(2)(x范围为0~0.05)的颜料,得到的颜料颜色从深红色到砖红色再到浅白黄色,合成的颜料应用于彩色氧化锆陶瓷中,得到橙黄色至淡黄色到浅白黄色的陶瓷片样品。陶瓷样品的维氏硬度在11.33~12.97 GPa之间,断裂韧性在5.8~6.5 MPa·m^(1/2)之间;L*均在80以上,b*在19.5以上。结果表明:合成的红色颜料颜色饱满可调,可以成为传统有毒颜料的替代品;得到的氧化锆陶瓷样品均为纯四方相氧化锆,以化学式Ce_(0.95)Sn_(0.01)Pr_(0.04)O_(2)为颜料合成的陶瓷样品颜色显示效果最好(L*=83.81、a*=6.47、b*=31.77)。

高活性BiOI/g-C_(3)N_(4)光催化剂的合成及性能提高机制

稳定高效光催化剂的合成是光催化技术的关键。本工作采用原位沉积法构建了不同质量比的BiOI/CNx复合材料。结果表明,与BiOI的复合未影响g-C_(3)N_(4)的晶体结构,复合产物中晶型BiOI紧密附着在片层g-C_(3)N_(4)表面,BiOI的引入使禁带宽度明显减小,对可见光的吸收能力也显著增强,BiOI/CNx中光生电子-空穴的寿命随BiOI复合量的增加而逐渐延长。BiOI/CN15对罗丹明(RhB)具有最强的吸附能力和光催化活性,暗反应30 min时的吸附率达到55.15%,为同等条件下g-C_(3)N_(4)的2.68倍;光降解10 min时的降解率为87.69%,是相同条件下g-C_(3)N_(4)的1.9倍;其催化反应速率常数为5.551×10^(-2)min^(-1),循环使用五次后降解率仅下降4.5%,具有良好的光催化稳定性。BiOI与g-C_(3)N_(4)复合后有利于光生电子空穴对的有效分离和电子在界面之间的快速转移,在BiOI/CN15复合光催化剂降解RhB的过程中,h^(+)和·O_(2)^(-)是主要发挥作用的活性物质。

3D核壳结构NiMoO_(4)@CoFe-LDH纳米棒的高效析氧及全解水性能研究

电解水制氢因具有绿色环保、制氢纯度高等优点而得到了科学界的广泛关注。然而,电催化水分解过程中缓慢的阳极析氧反应(OER)极大地阻碍了电解水制氢的发展进程,使其在实际应用中面临着许多挑战。本研究采用水热和电沉积相结合的策略,成功在导电泡沫镍(NF)基底上制得了一种以晶体NiMoO_(4)纳米棒为“核”、非晶态CoFe-LDH纳米片为“壳”的新型三维(3D)核壳异质结构催化剂。这种特殊的3D核壳结构充分激发了NiMoO_(4)和CoFe-LDH的电催化潜力,极大地提升了电化学水分解反应的效率。通过NiMoO_(4)和非晶态CoFe-LDH的协同作用,NiMoO_(4)@CoFe-LDH/NF纳米催化剂产生了更多的活性位点,表现出了高效的电子转移能力和优异的OER电催化活性。电化学测试表明,当电沉积时间为60 s时,NiMoO_(4)@CoFe-LDH/NF具有最优异的电化学性能,在10和100 mA·cm^(−2)下的过电位η10和η100只有168和216 mV,且具有极小的Tafel斜率和出色的长期稳定性。同时,NiMoO_(4)@CoFe-LDH||NiMoO_(4)全解水系统也表现出了较低的驱动电压,在1.57 V电压下即可产生10 mA·cm^(−2)的电流密度。这项工作为设计开发高效的电解水催化材料提供了新的思路。

高熵磷化物双功能催化剂的制备及高效电解水性能

在电解水制氢过程中,析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的缓慢电催化动力学限制了其能量转换效率。高熵材料具有独特的结构特征和优异的性能,是一种潜在的电解水催化剂,有可能取代传统的金属氧化物和贵金属。由于金属与非金属之间的不相容性,关于高熵化合物特别是高熵金属磷化物合成的报道很少。本研究以柠檬酸为络合剂、磷酸二氢铵为磷源,采用低温溶胶-凝胶法,通过添加不同组元金属合成了一系列以碳为基底的高熵合金磷化物纳米颗粒。在1 mol·L^(-1)的KOH介质中,FeCoNiMoCeP/C表现出良好的电解水性能,在电流密度为10 mA·cm^(-2)条件下,FeCoNiMoCeP/C电极电催化HER和OER所需的过电位分别为119和240 mV。在全解水研究中,FeCoNiMoCeP/C表现出优异的催化活性。在电流密度为10 mA·cm^(-2)条件下,FeCoNiMoCeP/C同时用作阴极和阳极的电解水反应所需过电位仅为1.53 V。这是由于高熵磷化物催化剂原子之间的协同作用可以提供更多的反应位点,增加反应活性和选择性。本研究可拓展高熵合金在电催化领域的潜在应用范围。

基于EVS建模分析物探-钻探在Cr(Ⅵ)污染场地勘察中的应用

为了探索物探和钻探技术在污染场地勘察中的综合应用,该研究选取河北省某铬污染场地作为案例。通过EVS软件对钻探数据进行三维建模,并结合高密度电法勘测结果综合分析了污染物的分布特征。建模结果揭示了试验地块的总体积为306.822 m^(3),其中Cr(Ⅵ)含量超标的体积达299.049 m^(3)。具体来看,超标1倍的体积为287.71 m^(3),2倍和3倍的分别仅为10.522 m^(3)和0.817 m^(3)。Cr(Ⅵ)含量在1倍超标时在地层中分布较为均匀,但在2~3倍超标时,主要集中于粉质黏土层,且底层Cr(Ⅵ)浓度较高。高密度电法勘测显示,粉砂、粉土和粉质黏土的视电阻率分别为2.5~5Ω·m、1~2.5Ω·m和小于1Ω·m,表明该技术对地层的响应良好。研究结果表明,EVS建模在清晰度和完整性方面优于传统分析方法,有助于更准确地评估污染场地的状况。此外,该方法通过区分不同土层,增强了物探分析的效能。然而,由于依赖钻探数据,模型可能受到钻孔数量的限制。高密度电法勘测作为一种有效的辅助手段,在钻探前能够识别不同地层,减少钻孔数量,同时确保模型建立的可信度。尽管如此,由于影响因素众多,视电阻率变化的原因难以简单归结。总体而言,结合EVS建模和高密度电法勘测不仅可以有效降低钻探工作量,还能准确识别污染严重区域,为污染场地的修复提供重要信息。

适配体传感器在磺胺类抗生素检测中的应用研究进展

适配体生物传感器是检测环境中抗生素含量的有效手段。介绍了磺胺类抗生素检测中常用的3种适配体生物传感器的工作原理、特点、研究现状,包括适配体电化学传感器、适配体荧光传感器和适配体比色传感器。

高炉渣转炉渣协同处理物相演变

高炉矿渣和钢渣是钢铁冶炼的主要副产品,不仅产量巨大、处理难度高,而且还会对土壤和环境造成严重破坏,目前综合利用率也较低。为此,研究人员通过在现有钢渣中加入低碱度高炉矿渣进行改质处理,提高钢渣的综合利用率。碱度是影响混合渣物相的主要参数之一,在研究过程中进行了相关分析。采用蔡司高分辨率扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和熔点等多种技术手段,对包钢高炉矿渣和钢渣的相组成和形态进行了详尽研究。研究结果显示,随着协同渣系中高炉渣比例不断提高,渣系中的主要含钙相逐渐从硅酸二钙转变为黄长石相,含铁相从铁铝酸钙转变为RO相,含镁相由尖晶石相逐渐转变为蔷薇辉石相和黄长石相,同时含铝相也由尖晶石相转变为黄长石相。说明,低碱度高炉矿渣的加入有助于调整混合渣的物相组成,改善钢渣的性质,进而提高钢渣的综合利用率。该研究可为深入开展高炉矿渣和钢渣的综合利用提供重要的理论和实践参考。

前驱体溶液pH对Pt基催化剂电催化性能的影响

采用微波辅助乙二醇还原法,在pH不同的前驱体溶液中合成了石墨烯负载的平均粒径不同的Pt/G催化剂,研究了pH对催化剂中Pt纳米粒子粒径及分散程度的影响。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能量色散谱仪、X射线光电子能谱仪对催化剂性能进行表征,使用电化学工作站对催化剂的电化学性能进行测试。透射电子显微镜分析结果表明:随着前驱体溶液中pH的逐渐增大,Pt纳米粒子粒径逐渐减小;pH为3,7,9,10,11和12时,Pt纳米粒子平均粒径分别为6.03nm、5.11nm、4.86nm、3.88nm、2.98nm和1.73nm。电化学测试结果表明,在pH=11条件下合成的Pt/G催化剂对乙醇电催化氧化性能最优,电化学活性表面积为65.73m^(2)/g,对乙醇氧化的峰值电流密度为461.4A/g,1000s时的稳态电流密度为144.9A/g。与商业催化剂Pt/C(JM)相比,以石墨烯为载体的Pt/G催化剂性能远远超过商业催化剂,尤其当pH=11时,Pt/G催化剂的峰值电流约为商业催化剂的6倍,说明pH是影响Pt基催化剂性能的关键因素。

高炉灰与转炉灰微波协同处理提取锌、铁有价组分

为了最大程度地发挥高炉灰与转炉灰的经济价值,提高冶金固废资源利用率,以高炉灰和转炉灰为原料,采用微波法还原高炉灰与转炉灰中Zn、Fe等有价值元素并对其回收。此法利用微波热扩散均匀、升温速率快的特性,大大降低反应时间,同时还充分利用粉尘中的C进行自还原反应,无需外配。通过正交实验探究不同因素对脱锌率的影响,寻找还原Zn、Fe的较优条件;Zn提取完成后,采用磁选法提取还原渣中的Fe。结果表明:高炉灰和转炉灰配比为7∶3,还原温度区间为950~1100℃时,混合灰中的C可将Zn、Fe完全还原;正交实验得到Zn脱除率因素由大到小顺序为还原温度、保温时间、料层高度、水分;脱Zn较优工艺条件是:还原温度1100℃,保温时间40 min,料层高度0.5 cm,水分含量为10%,此时Zn脱除率为99.37%;还原渣经磁选后Fe回收率可达92.04%,可作为铁精矿返回炼铁工序使用。

氧化铈空心球可控合成及其对Pt基催化剂电催化性能的影响

采用水热合成法,以碳球为模板,改变焙烧升温速率,控制影响铈物种的扩散、渗透及碳球结构的收缩率,制备了单、双壳层CeO_2空心球。通过微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了Pt-CeO_2/RGO催化剂,研究了CeO_2空心球的添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、比表面积及孔径分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDAX)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对CeO_2及催化剂的微观结构进行了表征,利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明:单、双壳层CeO_2空心球的比表面积为124.44 m2/g、140.95 m2/g,孔容为0.014427 cm3/(g·nm)、0.018605 cm3/(g·nm),孔径分布在2~4 nm范围内。催化剂中的CeO_2保持原有的球状形貌,Pt纳米粒子主要分布在CeO_2附近;当RGO∶CeO_2=1∶2时,添加了双壳层CeO_2空心球的Pt-CeO_2/RGO催化剂的电催化性能最优,电化学活性表面积为94.27 m2/g,对乙醇氧化的峰电流密度值为613.54 A/g,1000 s的稳态电流密度值为135.45 A/g。

选冶固废制备陶粒技术研究现状及展望

随着我国社会经济的不断发展,工业体系日趋完备,在矿产资源开发利用过程中产生了大量选冶固废,占我国工业固废产生量的60%以上。开发选冶固废协同制备陶粒技术是实现大宗选冶固废资源化利用的途径之一,在保护环境的同时获得良好的经济效益。系统阐述了陶粒制备工艺及原理,介绍了不同类型陶粒产品的主要用途,同时对选冶固废制备不同类型陶粒的技术进展进行讨论。最后从技术开发、多源固废协同处理、产学研用结合3个方面对选冶固废资源循环利用提出了展望及建议。

氨氮废水处理用新型沸石化陶粒的制备

以粉煤灰、铁尾矿为主要原料,采用高温烧结活化-水热合成工艺制备了新型沸石化陶粒。利用高温烧结得到烧结陶粒的同时对原料中的莫来石等惰性相产生活化作用,后续采用水热反应对基础陶粒进行沸石化改性,增加其比表面积及吸附能力。研究表明最佳的制备工艺条件为:m(粉煤灰)∶m(铁尾矿)∶m(石英砂)=7∶1∶2,烧结温度1040℃,烧结时间30 min,NaOH溶液浓度1.5 mol/L,水热温度160℃,水热时间12 h。XRD、SEM、FT-IR和Raman结果表明,制备的沸石化陶粒的主晶相为P型沸石和方沸石,其比表面积从基础陶粒的1.068 m^(2)/g增加至35.770 m^(2)/g,同时,对NH_(4)^(+)-N离子的最大吸附容量由基础陶粒的1.82 mg/g增加至13.34 mg/g,分别增加至基础陶粒的33.49倍和7.33倍,结果表明沸石化陶粒在废水处理中具有潜在的应用前景。

含Cr重轨钢珠光体组织对抗大气腐蚀的影响

目的通过向重轨钢中添加Cr来改变重轨钢组织,研究其组织对抗大气腐蚀的影响。方法用中频感应炉冶炼实验用U71Mn,轧制后空冷。用SEM测量了实验钢的珠光体片层距,在(1.0±0.05)×10^-2 mol/L的NaHSO3溶液中,模拟了工业大气环境下实验钢的腐蚀,利用失重率、SEM、XRD和电化学方法研究了珠光体组织对抗大气腐蚀的影响。结果随着腐蚀时间的增加,试样的平均腐蚀速率呈先增大后减小最后趋于稳定的变化趋势,在120 h时腐蚀速度最快,在240 h时试样表面形成具有一定保护作用的锈层,使其腐蚀速度最慢,360 h后耐蚀性趋于平缓。重轨钢U71Mn珠光体组织的片间距分别为0.2910、0.2500、0.2238μm时,实验钢的腐蚀失重逐渐增大,且平均腐蚀失重率分别为1.572、1.387、1.190 g/(m^2·h),其锈层中α/γ^*的比值依次增大,分别为0.717、0.868、0.997;极化阻抗依次增大,分别为3.715、8.604、13.739Ω·cm^2;而锈层等效电容依次减小,分别为8.434´10-6、0.411´10-6、0.081´10^-6 F/cm^2。结论珠光体片间距越小,腐蚀失重率越小,锈层α/γ^*的比值和极化阻抗越大,腐蚀速度越慢,锈层孔洞和厚度明显变小,缝隙越细,锈层与基体的结合能力越好,其抗大气腐蚀性能越好。

扫帚状氧化铈制备及其对Pt基阳极催化剂催化性能的影响

采用水热合成法,合成了比表面积为175 m^2·g^(-1),孔径在2~4nm范围内的扫帚状CeO_2。通过微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了Pt-CeO_2/RGO催化剂,探究扫帚状CeO_2的添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、N_2吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)对所制备的CeO_2及催化剂进行表征。利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明,催化剂中CeO_2保持原有扫帚状,Pt纳米粒子均匀分布于石墨烯载体表面;当m_(RGO)∶m_(CeO2)=1∶2时,添加了扫帚状CeO_2的Pt-CeO_2/RGO催化剂的电催化性能最优,电化学活性表面积为102.83 m^2·g^(-1),对乙醇氧化的峰值电流密度为757.17A·g^(-1),1 000 s的稳态电流密度为108.17 A·g^(-1),对乙醇催化氧化反应的电荷转移电阻最小,活化能最低。

钢渣资源综合利用及发展前景展望

我国是钢产量大国,在经济快速发展的同时,对钢材的需求量日益增加,每年会有超1亿t钢渣产生。目前,我们所面临的最大的问题就是钢渣的综合利用率较低,仅为30%左右,与发达国家之间仍旧存在较大的差距。尤其是在道路回填、制备钢渣水泥等大量消耗钢渣的方面。本文介绍了钢渣的组成成分、矿相、物理性质以及不同处理条件下成分的差异。简述了目前国内对钢渣的主要处理工艺,其中常用方法是冷弃法、热泼法、水淬法、滚筒法和风淬法。简述在钢渣处理过程中存在的问题,其中最主要的是如何提高钢渣的稳定性和凝胶活性。在钢渣的基础特性上,论述了国内外钢渣资源在冶金生产、建材生产、农业工程、钢渣水泥以及制备新型材料等各方面的综合利用途径。从钢渣的实际综合利用出发,针对目前国内钢渣处理的不足之处,展望钢渣在未来的发展方向。