Mn掺杂Zigzag(8,0)型单壁碳纳米管吸附甲醛分子的密度泛函理论研究

甲醛是一种对人体健康造成巨大威胁的污染物。气态甲醛浓度的准确检测对大气空气治理评估和室内环境安全均有重要意义,而高效传感器的研发则是甲醛分子检测技术优化的关键。本研究通过基于第一性原理的DFT计算软件VASP,对甲醛分子在Mn掺杂Zigzag(8,0)型单臂碳纳米管上的吸附特性进行研究。结果表明:Mn掺杂Zigzag(8,0)型单臂碳纳米管是一种稳定的分子构型。区别于在原始CNT上的物理吸附过程,甲醛分子在Mn掺杂CNT上的吸附键长更短,吸附能更大,属于化学吸附过程。同时,甲醛分子在Mn掺杂CNT上的吸附过程还伴随着明显的电荷转移。吸附过程发生后,吸附样品的光吸收曲线在580~705 nm以及365~447 nm的范围内出现明显的蓝移,在307~360 nm的范围内出现了明显的红移。

Mn微合金化Al-Si-Cu-Mg合金显微组织及耐蚀性能研究

Al-Si-Cu-Mg系列合金具有优异的强韧性,但其中的含Cu强化相极大地影响了该系合金的耐蚀性能。因此,本文通过对不同Mn含量的Al-7Si-2Cu-0.6Mg合金进行显微组织观察和电化学分析,探究Mn元素的添加对T6热处理状态下合金微观结构和耐蚀性的影响。结果表明,Mn添加量的提高对合金显微硬度几乎没有影响,但在合金基体中可以观察到弥散相。随着Mn含量升高,合金的耐蚀性呈现先升高后降低的趋势。添加0.360%Mn(质量分数)合金具有最佳耐蚀性,腐蚀电流密度比基础合金减少了54%。腐蚀形貌观察结果表明,Mn的添加可以显著减弱合金的点蚀趋势。

Fe^(2+)/Mn^(2+)活化亚硫酸盐降解盐酸土霉素的机理研究

盐酸土霉素常被用于治疗畜禽疾病,但是它不能被畜禽完全代谢,残留的盐酸土霉素进入水体危害水环境的健康。铁锰作为常见的过渡金属,通常以二价态活化亚硫酸盐来降解有机污染物,反应条件温和、操作简单,但是单独的二价铁与二价锰氧化还原电势低,活化亚硫酸盐效果较差。本研究采用Fe^(2+)/Mn^(2+)共活化Na_(2)SO_(3)降解水中的盐酸土霉素,考察药剂用量、pH、溶解氧、氯离子、碳酸根及腐殖酸对Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)体系降解盐酸土霉素的影响;通过焦磷酸盐实验、自由基淬灭实验和EPR实验分析Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)体系中的活性物种;利用紫外可见光谱、傅里叶红外光谱、气相色谱-质谱联用仪识别盐酸土霉素的官能团及其降解中间产物的变化,推断盐酸土霉素的降解途径。结果表明:当Fe^(2+)/Mn^(2+)/Na_(2)SO_(3)浓度比为1∶4∶20(浓度分别为0.1、0.4和2 mmol/L)时,在反应45 min、pH为9.0条件下,盐酸土霉素的去除率和矿化率最高,分别达到94%和49%。随着溶解氧从9 mg/L下降至1.89 mg/L,盐酸土霉素去除率从94%下降至17%;氯离子、腐殖酸和碳酸根均对盐酸土霉素的降解产生抑制作用。Mn(Ⅲ)和SO_(4)·^(-)是降解盐酸土霉素的主要活性氧化剂,盐酸土霉素的降解经过电子转移、开环与酰基化等过程。

Mn18Cr18N加压冶炼的氮含量精准控制工艺分析与实验

高氮不锈钢中氮含量的精准控制是生产关键控制要素。以Mn18Cr18N高氮钢为研究对象,利用冶金学原理、Factsage热力学软件及热态实验与检测分析等方法,对加压感应熔炼过程钢种成分、温度及氮气压力与氮含量控制的关系进行研究。结果表明,基于理论数据的“成分-温度-压力”关系方程可信度高,3炉实验的氮气压力理论值、预测值与实际控制值吻合度良好。热态实验验证发现,Mn和Cr含量不变时,依靠提高氮分压可以提高钢锭中N含量,但是w[N]达到约1%时,通过提高氮分压增加氮含量的效果降低。Mn或Cr含量低时,可以通过提高氮分压达到提高氮含量的目的。降低钢中C和Si含量有利于钢中高氮含量的合金化及稳定控制。当需要控制Mn18Cr19N钢中的w[N]≥0.8%时,宜控制加压炉熔炼温度在1500~1550℃,氮气压力在0.225~0.325 MPa。

60Si2Mn钢表面激光熔覆铁基涂层的组织及耐磨性研究

目的提高60Si2Mn钢的表面耐磨损性能。方法采用同步送粉方式在60Si2Mn钢表面进行激光熔覆X1、X22种铁基粉末。通过金相显微镜、场发射扫描电镜和X射线衍射仪,观察和分析熔覆层的显微组织、化学元素分布及相组成,采用显微硬度仪、多功能摩擦磨损试验机进行硬度、耐磨损性能测试。结果2种熔覆层均无裂纹、气孔等缺陷,涂层内部存在大量树枝晶、等轴晶和少量沿基材表面生长的平面晶,其中X1熔覆层的顶部区域等轴晶数量较多,组织更细小均匀。2种熔覆层均由相同物相(α-Fe)固溶体组成,未出现明显的其他物相的衍射峰。基体60Si2Mn钢平均硬度约为300HV,X1熔覆层的硬度为950~1000HV,平均硬度为975HV。X2熔覆层的硬度为784~821HV,平均硬度为803HV。经过球-盘磨损试验后,X1、X2熔覆层以及基体的体积磨损率分别为1.32×10^(-4)、1.94×10^(-4)、3.29×10^(-4)mm^(3)/(N·m)。结论2种熔覆层的硬度和耐磨损性能均优于基体,其中X1熔覆层的平均硬度比X2熔覆层的高约21%,其体积磨损率最小,耐磨损性能更好。

Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理研究

Mn/TiO_(2)具有良好的低温NH3选择性催化还原NOx(SCR)的活性。烟气中存在的碱金属会从物理和化学上毒害催化剂导致Mn/TiO_(2)催化剂中毒失活。论文以暴露{101}面TiO_(2)为载体制备Mn/TiO_(2)催化剂,采用浸渍法制备K中毒催化剂,研究了Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理。实验发现,Mn/TiO_(2)催化剂脱硝效率随K中毒浓度增加而减少;新鲜Mn/TiO_(2)催化剂表面NH3-SCR反应由E-R和L-H机理共同控制;K吸附会导致催化剂比表面积降低,催化剂表面Mn4+、化学吸附氧比例降低,表面酸性位点数量减少,导致脱硝活性降低;同时K更易吸附在Mn顶位以及桥接O位附近,导致NO的吸附活化受到严重遏制,同时削弱NH3的吸附,使得L-H机理受到阻断,只能以E-R机理控制为主。

Fe-Mn/TiO_(2)的制备及其催化臭氧氧化双酚A的性能研究

采用浸渍法制备Fe-Mn/TiO_(2)双金属催化材料,以双酚A(BPA)为目标降解物,探究了Fe-Mn/TiO_(2)对其的降解效果及降解机制。结果表明,Fe-Mn/TiO_(2)催化臭氧氧化降解BPA的去除率相较于单独TiO_(2)处理提升了83.4%;Fe、Mn成功负载且催化剂孔洞较丰富;相较于TiO_(2),Fe-Mn/TiO_(2)中锐钛矿质量分数增加能产生更多的羟基自由基。同时,Fe、Mn在TiO_(2)表面能发生价态转化,可作为活性位点促进臭氧分解为·OH等活性物质,增强催化反应活性。

65Mn/Q235双金属复合管的热处理工艺优化及其耐磨性

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、洛氏硬度计、显微硬度计和磨粒磨损试验机,分析了65Mn/Q235双金属复合管在使用过程中失效的原因,并对其热处理工艺进行了优化。结果表明:65Mn钢中存在大量的未溶碳化物和层片状珠光体,导致其韧性降低、焊缝硬度较低,使65Mn/Q235双金属复合管在服役过程中因耐磨性不足而失效。采用优化的热处理工艺即840℃保温10~30 min油冷后,65Mn/Q235双金属复合管的组织为均匀细小的马氏体,未溶碳化物和层片状珠光体基本消除,焊缝硬度得到提高,耐磨性明显改善。

不同Mn/Fe比例天然含铁锰矿的As(Ⅲ)吸附性能与机制

水体中的砷主要以亚砷酸(As(Ⅲ))形态存在.金属氧化物常用于水体砷的去除,但其对As(Ⅲ)的亲和力较弱,导致水体砷很难去除,因此,寻求高效、廉价、绿色的除As(Ⅲ)材料具有显著的环境意义.天然含铁锰矿是一种高效的砷吸附剂,由于自然形成条件复杂,其不同含铁锰矿对As(Ⅲ)的去除性能存在较大差异.本研究以两种不同Mn/Fe比例的天然含铁锰矿(NFM-L、NFM-H)为研究对象,评估其对As(Ⅲ)的吸附性能,并结合XPS、XRD等光谱学表征手段探究其砷的去除机制.实验结果表明,NFM-L的Fe含量是NFM-H的5.61倍,其As(Ⅲ)的最大吸附量(24.82 mg·g^(−1))与吸附速率亦显著高于NFM-H(18.94 mg·g^(−1)),NFM-L和NFM-H对As(Ⅲ)的等温吸附曲线更符合Freundlich模型.影响因子实验表明,溶液pH值对NFM-L的影响更大,共存离子H_(2)PO_(4)^(−)能够显著抑制两种材料对As(Ⅲ)的吸附,但是材料粒径对As(Ⅲ)去除的影响较小.光谱学表征发现,两种矿物吸附砷后结构并未发生明显变化,但锰氧化物能将As(Ⅲ)氧化为As(V),从而显著提高了铁锰矿对砷的吸附能力.

孔隙和α-Al(Fe/Mn)Si相对高压压铸Al-7Si-0.2Mg合金塑性的影响

采用高压压铸工艺制备两批次不同尺寸的Al-7Si-0.2Mg(质量分数,%)合金,获得显微组织和孔隙非均匀分布的薄壁铸件,并对比研究孔隙和显微组织对铸态合金塑性的影响。结果表明:不同铸件和不同位置样品的伸长率有较大波动(9.7%~17.9%)。当合金存在大面积孔隙时,有效承载面积减小导致由孔隙产生的应力集中使合金伸长率显著降低。当合金只存在小面积孔隙时,塑性变形过程中合金中的α-Al(Fe/Mn)Si相先于共晶硅相发生脆性断裂,α-Al(Fe/Mn)Si相的数量密度对伸长率的波动起主导作用,具有高数量密度α-Al(Fe/Mn)Si相试样的伸长率显著降低。此外,局部较高的冷却速率导致铸件α-Al(Fe/Mn)Si相数量密度的增加。

Mn/Fe比对Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

以Al-Mg-Si合金为研究对象,采用金属型铸造研究Mn/Fe比对其组织和性能的影响。结果表明:Al-Mg-Si铸态合金组织中枝晶间存在α-Al基体和大量析出相,主要以Mg_(2)Si相为主,还存在少量的共晶Si相、AlFeSi相和Al(FeMn)Si相。随Mn/Fe比的增大,合金中的晶粒逐渐变得细小圆整,且由树枝晶向等轴晶发生转变。Mn可以促进铝合金中针状的β-AlFeSi相向骨骼状、颗粒状或块状的α-Al(FeMn)Si相的转变。当Mn/Fe比为0.5时,合金的热导率达到最大值181.08 W·m^(-1)·K^(-1)。当Mn/Fe比为1.0时,合金的晶粒尺寸最小且具有最佳的力学性能,抗拉强度、伸长率和硬度相较于Mn/Fe为0.2时分别提升17.45%、49.57%和27.48%,达到167.35 MPa、17.23%、HV 62.86。

激光熔覆FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层摩擦学性能的试验研究和分子动力学模拟

采用激光熔覆技术制备了FeCoCrNiMn_(x)(x=0,0.25,0.50)的高熵合金涂层,系统地研究了添加不同摩尔比的Mn对涂层的显微组织、硬度以及摩擦学性能的影响.采用分子动力学模拟的方法研究了FeCoCrNiMn高熵合金涂层的原子尺度变形和磨损行为.FeCoCrNiMn_(x)高熵合金涂层由单一的面心立方晶格(FCC)型固溶体组成.结果表明,Mn的掺杂提高了涂层的减摩性和耐磨性,摩擦系数为0.66的Mn_(0.5)涂层在各涂层中具有最优的减摩擦性能.与基材Q235钢[磨损率为12.2×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]和FeCoCrNi涂层[磨损率为4.99×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]相比,Mn_(0.5)涂层[磨损率为4.03×10^(-5)mm^(3)/(N·m)]的耐磨性分别提高了66.96%和19.23%.分子动力学模拟结果表明,Mn掺杂通过摩擦诱导的FCC变到HCP(密排六方),掺杂Mn可增强应变硬化.根据位错演化模式确定,Mn_(0.5)涂层的变形机理是相变诱发塑性(TRIP),从而同时提高了涂层的塑性、强度和加工硬化率.

U71Mn钢闪光-摩擦复合焊接头组织性能

闪光对焊在焊接钢轨时易在焊缝中心产生氧化夹杂缺陷以及软化层,严重降低了接头力学性能,针对上述问题,开发了闪光-摩擦复合焊,并基于不同的顶锻距离对U71Mn钢进行了焊接工艺研究.结果表明,焊接接头成形良好,接头组织主要分为母材(base material,BM)、热影响区(heat-affected zone,HAZ)、热力影响区(thermo-mechanically affected zone,TMAZ)以及焊核区(weld zone,WZ),其中,在焊接热输入以及摩擦顶锻的作用下,TMAZ及WZ晶粒发生细化,同时,在线性摩擦的作用下,WZ未出现明显的高铁素体含量的软化层组织.接头显微硬度呈M形分布,最高硬度位于TMAZ,接头抗拉强度随顶锻距离的增加呈先上升后下降趋势,最高抗拉强度约为900.3 MPa,达到母材的89.1%,其断裂形式为准解理断裂.

添加La对Ti-6Al-4V-1.5Mn合金组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti-6Al-4V-1.5Mn-xLa(x=1、1.5、2和2.5,mass%)合金,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等研究了合金经固溶时效处理后的微观组织和性能。结果表明:添加稀土元素La后,Ti-6Al-4V-1.5Mn合金的组织出现了明显的细化现象,组织中存在弥散分布的稀土氧化物La_(2)O_(3),对基体起到弥散强化的作用。随稀土元素La含量的增加,合金的抗拉强度和伸长率先增加后降低,当La元素含量为2%时,合金的抗拉强度和伸长率最佳,拉伸断口为准解理断裂。

Mn含量对Inconel718板材焊接接头组织性能的影响

采用w[Mn]<0.01%、0.24%、0.34%三种不同合金的固溶态Inconel718热轧板材进行直流脉冲电弧焊接,经双级热时效处理后进行室温拉伸实验,研究Mn含量的变化对焊接接头微观组织及时效态力学性能影响规律。结果表明,三种不同Mn含量焊接接头组织中只存在Laves相,没有δ相析出,随着w[Mn]由<0.01%提高至0.34%,焊接接头中Laves相析出体积分数略有增多。经过双级热时效处理后,γ’’开始析出,焊接接头组织中Laves相含量略有减少。与时效态母材拉伸性能相比,焊接接头拉伸强度和伸长率有所降低。且随着Mn含量的增加,时效态焊接接头拉伸性能略有降低,抗拉强度由1250 MPa小幅降低至1178 MPa和1213 MPa,三种不同Mn含量的焊接接头时效态拉伸样品断裂位置皆为焊缝区域,且均为韧性断裂。

长江口及其邻近海域表层水中溶解Mn浓度的季节变化特征

锰(Mn)是海洋中的生命必需痕量元素。河口位于河流和海洋的交界区域,其对Mn的改造作用会影响陆源Mn向海输送的生物地球化学过程。本研究使用自动固相萃取−电感耦合等离子体联用技术对2019年9月(秋季)、2021年3月(春季)和2021年7月(夏季)长江口及其邻近水域的表层溶解Mn浓度进行了测定和分析。结果显示,溶解Mn的平均浓度和河口行为表现出了季节性差异:夏季的溶解Mn浓度最高,表现为先移除后添加的分布特征;秋季的溶解Mn浓度次之,表现为添加型分布;春季的溶解Mn浓度最低,表现为保守型分布。显著性分析结果表明,长江携带的溶解Mn仅在淡水端元浓度值较高的季节会显著影响长江口及其邻近水域溶解Mn的分布;当长江淡水端元浓度值较低时,长江口溶解Mn则受多种生物地球化学过程的共同主导。长江口的中低盐度海水中高悬浮颗粒物浓度是造成该区域溶解Mn移除的重要因素,而高盐度海水中溶解Mn的添加机制则有待进一步研究。

强化改性研磨时间对12Cr17Mn6Ni5N钢表层特性及拉伸性能的影响

目的提高12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性及拉伸性能。方法采用单一变量法控制强化改性研磨加工时间,在12Cr17Mn6Ni5N钢表面进行强化改性研磨处理。进行了室温拉伸试验,绘制各样品的应力-应变曲线图,并通过扫描电镜拍摄距离表面30、100、170μm深度附近的断口形貌,分析表层的断裂机理。进一步分析各样品的表面线粗糙度、表层三维形貌、表面微观形貌、强化层厚度、截面显微硬度和表面残余应力。结果与母材相比加工时间从1 min增加至3 min,12Cr17Mn6Ni5N钢表面微观织构越多,拉伸方向和沿焊缝方向的表面粗糙度分别提高到Ra=1.81μm、Ra=1.46μm,三维形貌高度差先增加到34.82μm后减少为31.75μm,表层显微硬度最多提高了104.60%,残余应力提高到–1221.3 MPa,强化层最厚为160μm。在相同的载荷条件下,加工时间为3 min的样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了15.89%和10.17%。在深度30μm附近,加工时间为3 min的样品的断口形貌出现少量韧窝,其他样品都为脆性断裂,其中母材样品为全解离脆性断裂;深度100μm附近,母材样品仍为脆性断裂,加工时间为1 min和2 min的样品都为混合断裂,加工时间为3 min的样品为韧性断裂且出现较深的大韧窝和深韧窝。结论强化改性研磨可以有效改善12Cr17Mn6Ni5N钢焊缝的表层特性,获得高硬度、高残余应力和组织致密的厚强化层,进而提高屈服强度和抗拉强度。

钢液真空处理过程中Mn挥发动力学研究

Mn作为提高钢材强度的主要元素之一,在钢液真空处理过程中的挥发会对钢材成分及质量控制产生不利影响,因此,明确钢液中Mn的挥发机理,并据此精确调控钢液中Mn含量,对于保证钢材质量显得尤为重要。本研究针对X80管线钢的真空精炼处理过程,分析了气相压强和熔炼温度对钢液中Mn挥发行为的影响。结果表明:随着熔炼温度的升高和气相压强的降低,钢液中Mn挥发速率明显加快;在熔炼温度1903 K、气相压强19 Pa、处理时间40 min条件下,Mn挥发率高达92.26%。在熔炼温度1823~1973 K、气相压强19~670 Pa条件下,Mn挥发遵循一级反应规律,其表观挥发速率常数在(0.41~26.56)×10^(-5)m/s范围内;在气相压强19~670 Pa、熔炼温度1903 K的条件下,Mn挥发主要受气相传质的限制;在气相压强226 Pa、熔炼温度1823~1973 K的条件下,Mn挥发的表观活化能达到120.20 kJ/mol,限制性环节为气-液界面反应;本研究条件下,液相传质对Mn挥发速率的影响较小。

Mn含量对热轧螺纹钢连续冷却相变行为影响研究

为明确热轧螺纹钢中Mn含量波动对连续冷却相变行为的影响,进而优化其控轧控冷工艺,本文针对Mn含量分别为0.99%和1.49%的两种钢,在900℃的变形温度下以及0.5~30℃/s冷却速率范围内,进行动态连续冷却热模拟实验。结果表明,冷却速率提升和Mn含量增加均会抑制高温铁素体+珠光体相变,同时促进了中温贝氏体和低温马氏体相变。相较于Mn含量为0.99%的钢,Mn含量为1.49%的钢中固溶Mn元素增多,使碳活性降低并提高了奥氏体相的稳定性,即随着钢中Mn含量增加,高温相区明显下移,贝氏体和马氏体的临界冷却速率降低。在低冷速下,Mn含量增加提高了珠光体转变速率和体积分数;在高冷速下,随着Mn含量增加,贝氏体和马氏体体积分数增多且马氏体相区扩大。另外,该螺纹钢硬度随冷却速率升高和Mn含量增加而提高,对应的硬度峰值依次为272HV0.1和425HV0.1。

新型国产树脂性能及饮用水COD_(Mn)去除处理效果

磁性离子交换(MIEX)树脂是用于净化饮用水技术的关键载体,依赖进口采购。为解决树脂进口成本高的问题,研发新型国产树脂,利用热重、沉降、扫描电子显微镜(SEM)、粒度分析试验,对比其与进口MIEX树脂的材料性能。开展应用2种树脂的生产性中试试验。试验结果表明,国产树脂与MIEX树脂的沉降速度接近,且其对于单宁酸和磷酸盐去除率优于MIEX树脂。SEM试验表明,国产树脂表面疏松多孔,比表面积较大,有利于吸附过程,循环应用前后,其粒度分布主要集中在150~350μm。通水倍数为800 BV情况下,国产树脂COD_(Mn)去除率为42.44%,优于MIEX树脂,处理效果能满足生产需求。X射线荧光光谱(XRF)试验证明,磷酸根(PO_(4)^(3-))和硫酸根(SO_(4)^(2-))等阴离子能被国产树脂有效吸附,其再生性能较好,可长期使用。综上,研发的国产树脂对MIEX树脂有可靠的替代性。