气藏型低密度陶粒支撑剂的制备与性能研究

在开采煤层气、页岩气等气藏资源过程中,陶粒支撑剂的产品性能尤为关键,合成密度小、强度高的支撑剂是实现气藏高产率的重要指标。本文在传统矾土系陶粒支撑剂的基础上,添加煤矸石(RCG)、羧甲基纤维素钠(CMC)和白云石(DOL)进行固相烧结,借助以上造孔剂多温区的热解作用以及高温液相快速填充机制改善支撑剂的基体孔隙分布特征,降低支撑剂的结构密度并提升基体强度。当掺入质量分数为15%RCG+1%CMC+1%DOL添加剂时,支撑剂表现出最佳的综合性能并满足气藏资源开采的参数要求。

磁性Fe_(3)O_(4)/莫来石陶粒复合材料制备研究

煤矸石是煤炭开采和洗选过程排放的固体废弃物,是我国目前年排放量和累计堆存量最大的工业废渣。煤矸石可用于制备重金属吸附材料,实现以废治废。试验将煤矸石在1200℃温度下烧结制成陶粒,然后将陶粒在不同浓度的硝酸铁溶液中浸渍,分离陶粒并烘干,用管式炉对其进行氢气还原处理,得到磁性Fe_(3)O_(4)/莫来石陶粒复合材料,研究陶粒复合材料的物相、微观形貌、磁性能及密度。结果表明,陶粒负载物的物相组成为Fe_(3)O_(4),作为前驱体溶液,硝酸铁溶液浓度越大,陶粒复合材料磁性越强,证实负载工艺可行。

V_(2)O_(5)对镁铝尖晶石质陶瓷材料烧结性能的影响

为探究添加剂对镁铝尖晶石陶瓷材料烧结性能的影响及作用机理,以MgO和Al_(2)O_(3)为主要原料,V_(2)O_(5)为添加剂,采用固相烧结法合成镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))陶瓷材料。Al_(2)O_(3)、MgO质量比为2.55∶1,在体系中引入质量分数分别为1%、3%、5%、7%的V_(2)O_(5),分析烧结后试样的物相组成、微观形貌、显气孔率及力学强度。结果表明,当V_(2)O_(5)添加量低于5%时,V_(2)O_(5)与MgAl_(2)O_(4)晶体固溶,优先取代Al^(3+),添加量高于5%时,进而取代Mg^(2+),发生缺陷反应,降低扩散阻力,显著增强体系中离子的互扩散速率,促进MgAl_(2)O_(4)的反应烧结及晶体发育,但过量添加V_(2)O_(5)会导致V^(5+)来不及进入晶格而分布于MgAl_(2)O_(4)晶界处,反而阻碍了质点的迁移和扩散,抑制烧结过程,从而不利于提高烧结性能。

利用粉煤灰制备Ni负载的微波吸收材料

粉煤灰(CFA)的回收利用对缓解日益严重的环境污染具有重要意义。本文以CFA为原料,利用简单的“一锅法”设计合成负载Ni的复合微波吸收材料(Ni/CFA-x),以实现低成本吸收材料的制备和CFA资源回收利用。研究表明,随硝酸镍前驱体溶液浓度的增加,材料的吸波效果先增强后减弱。负载适量的金属Ni颗粒,使得材料介电和磁性组分之间的有效复合表现出显著增强的微波吸收性能。当硝酸镍前驱体溶液浓度为1.0 mol/L时,材料的吸波效果最佳,在2.0 mm涂层厚度下,材料最小反射损耗达到-47.9 dB,对应的有效吸收带宽达到4.2 GHz。材料优异的吸波性能主要源于金属Ni颗粒与一定石墨化程度碳引起的导电损耗及其与CFA基体各组元间的界面极化损耗。

不同保温工艺对莫来石刚玉陶瓷的影响研究

为探究不同保温工艺对莫来石刚玉陶瓷的性能影响,以铝矾土和煤矸石为原料,按照60%铝矾土和40%煤矸石的质量比混料制备A_(3)S_(2)(3A_(l)2O_(3)·2Si O_(2))/A_(l)2O_(3)陶瓷胚体。采用高温段恒定保温和高低温段分段保温的保温方式烧结制备莫来石刚玉陶瓷,对比分析制得陶瓷样品的体积密度、气孔率和抗折强度的变化趋势,并用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对陶瓷样品的物相及微观形貌进行表征。结果表明,高低温分段保温制得的A_(3)S_(2)/A_(l)2O_(3)陶瓷性能优于高温段恒定保温制备的陶瓷性能,当高温段为1350℃时,A、A1、A2保温工艺制得的试样抗折强度分别为37.86、68.52、79.86 MPa,A1与A2的抗折强度远高于A。这是因为低温段恒定保温可使原料中的吸热反应进行完全,矿物充分转变为氧化物在高温段进行固相反应,使陶瓷性能更优,其中A2试样性能最优,当高温段为1350℃时,A2试样体积密度为2.23 g/cm^(3),气孔率为0.26%,抗折强度为79.86 MPa。

用工业镁渣制备六铝酸钙/钙铝黄长石复相材料研究

为实现工业废渣的有效利用,以工业镁渣、氧化铝为主要原料,加入4%(w)的PVA塑化剂,采用高温无压烧结法分别在1300、1400、1500、1600℃保温3 h后,得到六铝酸钙/钙铝黄长石(CA6/C2AS)复相耐火材料,研究热处理温度对其物相组成、物理性能的影响。结果表明:经1500℃热处理3 h后的试样综合性能较优,其体积密度为1.59 g·cm^(-3),显气孔率为52.7%,抗折强度为30.8 MPa,荷重软化温度为1544℃,水化36 h后质量增加率不高于0.22%,800℃热震后抗折强度保持率为52.7%。试样具有较好的结构稳定性、抗水化性和抗热震性。

固定烧结温度下制备陶粒时煤矸石掺入量研究

为了对固定烧结温度下制备陶粒支撑剂时煤矸石的掺入量展开研究。本文以山西阳泉铝矾土为主要原料,工业废弃物煤矸石为添加剂,按照铝矾土煤矸石的质量比为7:3、6:4、5:5、4:6的比例分别混料,根据前期研究结果,选取1300℃的烧结温度烧结制备陶粒支撑剂,对比分析各配比下陶粒的体积密度、视密度和破碎率的变化趋势,并用XRD和SEM对陶粒的物相及微观形貌进行表征,结果表明:在本文的实验条件下,满足工业标准的煤矸石最大掺入量为50wt%,此时,35MPa闭合压力下破碎率为9.12%。掺入30wt%煤矸石时,制备的陶粒性能最好,此时陶粒支撑剂的体积密度为1.2881g/cm^(3),视密度为3.2485g/cm^(3),35MPa闭合压力下破碎率为7.91%。

糖葫芦状二氧化钛纳米线阵列的制备及其光催化性能

采用溶胶-电泳技术,在多孔阳极氧化铝(PAA)模板的有序孔洞中制备了高度取向的糖葫芦状TiO2纳米线阵列光催化剂,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射对样品进行了表征.结果表明,TiO2纳米线为锐钛矿晶型,纳米线直径与PAA模板的孔径一致,且分布均匀.纳米线取向性极好,每根纳米线都具有周期性凹凸,形似糖葫芦,因此命名为糖葫芦状TiO2纳米线阵列.以甲基橙的降解反应评价了光催化剂的活性,与相同条件下制备的TiO2/玻璃膜相比,TiO2纳米线阵列在光照1 h时对甲基橙的降解率达到93.6%,比前者提高了40.2%,具有很好的光催化活性.

沉淀法的研究及其应用现状

简述了沉淀法的基本原理,全面概述了沉淀法的研究及其应用现状,研究表明,沉淀法是一种极有前途的制备新型材料的方法,并指出了今后沉淀法的研究方向。

氧化铝多孔膜的制备及其应用研究新进展

全面归纳和分析了铝阳极氧化技术的机理、工艺、Al2O3多孔膜的生长规律及制备技术,详细介绍了Al2O3多孔膜在模板合成一维TiO2半导体光催化材料及零维纳米点阵列周期调制薄模等方面的最新研究成果,并对Al2O3多孔膜及模板合成TiO2光催化材料的发展前景进行了展望。

锰矿粉掺量对莫来石-刚玉质陶粒支撑剂结构及性能的影响

以阳泉产三级铝矾土与粘土为原料,锰矿粉为烧结助剂,于1420℃下制备了莫来石-刚玉质陶粒支撑剂,讨论了锰矿粉含量对支撑剂样品结构及性能的影响。结果表明:随锰矿粉掺量的增加,支撑剂样品的主晶相莫来石颗粒形状由针状变为柱状,晶粒尺寸逐渐变大,并且刚玉相衍射峰强度增加;当锰矿粉掺量为4wt%时,试样的性能最佳:视密度2.998 g/cm3,体积密度1.62 g/cm3以及52 MPa闭合压力下的破碎率8.13%。

烧结温度对低密度陶粒支撑剂组织和性能的影响

采用氧化铝含量为65.6％的铝矾土和二氧化硅粉制备了莫来石-石英质低密度陶粒支撑剂材料.利用SEM、XRD等手段,对不同烧结温度下制备的陶粒支撑剂材料进行了显微结构分析和物相表征;探讨了烧结温度对陶粒支撑剂材料的抗压强度、体积密度、显气孔率和线收缩率的影响.研究表明：（1）低密度莫来石质陶粒支撑剂材料的烧结温度范围应为1400℃～1450℃;（2）主晶相为莫来石和α-石英,在烧结温度范围内,莫来石和石英相基本发育完全,显微结构致密,力学性能优良.

氧化钛纳米线阵列的溶胶凝胶模板合成与表征

采用二次阳极氧化工艺制备了高度规则排列的多孔氧化铝(PAA)模板,并利用模板法与溶胶-凝胶法结合的模板组装技术制备了氧化钛纳米线阵列,得到了直径在50nm左右,线间距约为50nm的纳米线阵列.研究了模板组装过程不同压力条件对溶胶向模板孔洞中填充度的影响,发现在一定的负压条件下,有利于PAA孔中气体的排出,得到高的溶胶填充度,进而制备出高质量的纳米线阵列.分别通过SEM及XRD技术表征了PAA模板及纳米线的形貌及相结构.SEM观察发现纳米线彼此平行,表面光洁,不存在龟裂,纳米线的长度和直径与所使用模板的厚度和直径一致,表明纳米线的生长受控于模板;XRD分析表明模板为单一的θ-Al2O3晶型,纳米线为锐钛矿型TiO2.

镁渣对刚玉-莫来石复相陶瓷显微结构及性能的影响

以二级铝矾土生料为原料,锰粉、镁渣为烧结助剂,通过固相烧结制备了高强度刚玉-莫来石复相材料。通过对样品的密度、显气孔率、抗压强度和荷重软化温度测试及显微结构观察,系统分析了镁渣掺入量对样品性能的影响。结果表明:随镁渣掺入量的增加,试样的体积密度与荷重软化温度呈先上升后下降的趋势而抗压强度呈上升趋势。当镁渣的掺入量为2%,在1350℃下烧结3 h后密度达到3.04 g/cm3,气孔率小于1%,抗压强度达到180 MPa,0.2 MPa下荷重软化温度T5为1276℃,物相组成为刚玉、莫来石及少量钙长石相。

微波干燥对共沉淀法制备纳米ZrO_2(Y_2O_3)粉体特性的影响

针对纳米粉体制备过程中团聚问题,研究了微波干燥和烘箱干燥两种不同的干燥方式对共沉淀法制备的纳米ZrO-2粉体粒径、团聚程度、干燥时间及烧结体密度等的影响．结果表明,采用微波干燥不仅可以大大缩短干燥所需时间,而且有利于减弱纳米ZrO_2粉体的团聚和团聚强度,制得粒径小、团聚强度低和烧结活性高的纳米ZrO_2粉体,生坯经过1500℃、2h烧结,烧结密度可达到理论密度的97．3%．在分析微波干燥原理的基础上,提出了纳米粉体微波干燥“爆裂”模型,由于水是一种强极性分子,在微波干燥过程中首先受热汽化产生大量水蒸气,水蒸气受热膨胀使ZrO_2干凝胶“爆裂”成为极其微小的碎片,内部水分直接以气体形式排除,不仅大大缩短了生产周期,也有利于减弱纳米ZrO_2粉体的团聚和团聚强度．

PZT-PMN-BF高活性粉体及压电变压器的制备

以柠檬酸和乙二胺四乙酸为螯合剂,乙二醇为溶剂,通过溶胶凝胶法制备了一种满足压电变压器应用要求的0.9Pb(Zr0.53Ti0.47)O30.04Pb(Mn1/3Nb2/3)O30.06BiFeO3四元系压电陶瓷前驱体粉体。该粉体经650℃煅烧后呈钙钛矿结构,瓷体在1 020℃的低温下实现了致密烧结,材料的主要参数为:d31=-98.94×10-12C/N,d33=242×10-12C/N,K33=0.639,K31=0.303,Kp=0.535,Qm=1 880,能满足压电变压器的要求。开发的Rosen型压电陶瓷变压器使用100 MΩ负载在5 V的低电压驱动下,升压比能达到950倍以上。

成型压力与热处理温度对合成镁铝尖晶石材料的影响

以特级铝矾土和轻质氧化镁为主要原料，按m（Al2O3）：m（MgO）=2．54配料，采用一步烧结法制备尖晶石材料，研究了成型压力（分别为25、50、75、100、125、150MPa）和热处理温度（分别为1250、1300、1350、1400、1450、1500、1550℃）对合成材料的物相组成、显微结构、体积密度、显气孔率、荷重软化温度的影响。结果表明：1）以50MPa压力成型的试样在1450℃保温4h热处理后显气孔率最小，以100、125和150MPa成型的试样在1450℃保温4h热处理后存在开裂或扭曲现象；2）1250～1550℃热处理后试样的主晶相均为MgAl2O4，MgAl2O4晶粒随热处理温度的升高逐渐发育完整并长大；3）随着热处理温度的升高，试样的致密度逐渐升高，但以1400℃为转折点，致密度升高速率前高后低；4）随着热处理温度的升高，试样的荷重软化温度逐渐升高。

糖葫芦状氧化钛纳米线阵列的溶胶-电泳沉积及其形成机理

采用二次阳极氧化工艺制备了高度规则排列的多孔氧化铝(PAA)模板,并利用溶胶-电泳法在PAA模板中制备了糖葫芦状氧化钛纳米线阵列,对纳米线及PAA模板进行了SEM分析。结果表明,纳米线直径在75 nm左右,线间距约为100 nm,每根纳米线都具有周期性凹凸,形状与糖葫芦相似。结合胶体颗粒间的相互作用、胶体颗粒在电场作用下的运动、胶体聚沉理论及胶体颗粒的扩散行为等因素,建立了溶胶-电泳沉积的物理模型,阐明了糖葫芦状纳米线阵列的形成机理。

镁渣资源化研究新进展

镁渣为镁工业硅热还原法生产金属镁产生的废渣,随着我国镁工业的迅猛发展,如何改变镁渣传统的堆积、掩埋的处理方式,将镁渣资源化、再利用已成为一个亟需解决的问题。基于此介绍了镁渣的生成机理,分析了目前国内外镁渣的研究现状及存在的问题,并对镁渣未来的研究方向进行了展望。