C50混凝土的制备及其对Cs^(+)、Ni^(2+)的吸附性能研究

为研究处置库屏障材料混凝土对放射性核素的阻滞能力,制备了C50混凝土材料并研究其对放射性核素的吸附能力。发现屏障材料C50混凝土主要由含钙和铝的硅酸盐矿物组成,其在微观尺度下呈现不规则多面体与板层结构,比表面积为2.786 m^(2)·g^(-1),且具有较强的非定形特征。通过吸附试验,发现实验条件下C50混凝土对Cs^(+)、Ni^(2+)具有较好的吸附能力,达到平衡后对Cs^(+)的K_(d)值达到19.400 L·mg^(-1),吸附容量达到0.316 mg·g^(-1);吸附Ni^(2+)的K_(d)值达到465.142 L·mg^(-1),吸附容量达到96.375 mg·g^(-1)。随着Cs^(+)、Ni^(2+)初始浓度的增大,C50混凝土对Cs^(+)的K_(d)值逐渐减小后趋于稳定,对Ni^(2+)的K_(d)值逐渐减小后稳定增大,吸附容量均逐渐增大。通过环境因素影响试验,发现实验条件下pH对C50混凝土吸附Cs^(+)的影响相对较小,C50混凝土对Ni^(2+)的能力随着pH上升而增大。不同离子对Cs^(+)抑制作用由大到小的顺序依次为:K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)、NO_(3)^(-),随着温度的升高,C50混凝土对Cs^(+)的吸附能力缓慢减小;对Ni^(2+)抑制作用从大到小的顺序依次为:Mg^(2+)、Ca^(2+)、SO_(4)^(2-)、CO_(3)^(2-)。Ni^(2+)的吸附能力随着温度上升缓慢增大。研究结果可为处置库的建设提供基础数据支持。

水溶液中Ni^(2+)的自由扩散分析与模拟实验

自由扩散一般比较抽象,其实验耗时长,且很难从微观角度进行观测与分析,不宜开展实验教学。为此,以金属离子Ni^(2+)在水溶液中的自由扩散为参考依据,采用随机自由扩散模型模拟刚性球体在有限空间中的自由扩散过程。模拟结果与实时观测Ni^(2+)在水溶液中自由扩散的实验结果基本一致。并且通过模拟可以从微观角度实时观测和分析自由扩散的无序过程,进而探究局部参数的变化规律。它可以作为虚拟仿真教学的一个有用工具。

Al/Ga离子替换提升Ni^(2+)掺杂尖晶石结构MgAl_(x)Ga_(2-x)O_(4)近红外二区发光特性

近红外荧光转换发光二极管(pc-LED)在成像和检测领域的快速发展突显了对近红外二区(NIR-Ⅱ区)发光材料的迫切需求。然而,商用紫外LED芯片激发的高效NIR-Ⅱ荧光材料匮乏,制约了近红外光谱技术的应用。本文通过高温固相法成功制备了MgAl_(x)Ga_(2-x)O_(4)∶Ni^(2+)荧光材料,该材料的激发波长为390 nm,发射峰位于1300 nm,覆盖了NIR-Ⅱ区域。半高宽约为220 nm的超宽带NIR发射是由于Ni^(2+)处于一个弱晶体场环境中,这种环境是由于MgAl_(x)Ga_(2-x)O_(4)基体中[(Al/Ga)O_(6)]八面体中心周围的高电荷极化导致的空间不对称畸变造成的。通过改变体系中Al^(3+)与Ga^(3+)的离子比例,将NIR-Ⅱ区的发射强度大大提高,发光强度提升为原来的9倍左右。着重研究了Ni^(2+)掺杂最优比例MgAl_(1.5)Ga_(0.5)O_(4)的光谱特性。探讨了体系的温度特性,使用掺Ni^(2+)的近红外荧光粉和商业高效紫外LED芯片(@395 nm)构建了NIR pc-LED,研究表明该材料体系可能在pc-LED光谱技术中展现出较大潜力。这种阳离子调制策略将给近红外发光材料的性能提升提供有效的方法。

蓝光激发的KMgF_(3)∶Cr^(3+)/Ni^(2+)基透明微晶玻璃超宽带近红外发光

近红外光谱技术在食品科学、信息安全、生物医疗等重大国计民生领域的应用对近红外光源提出了越来越高的要求。研发具有高效超宽带发射的近红外光源因此成为一项重要且迫切的研究课题。本文采用熔融淬火法在氟硅酸盐玻璃体系SiO_(2)-K_(2)CO_(3)-KF·2H_(2)O-MgF_(2)中成功析出了钙钛矿型KMgF_(3)纳米晶体。通过改变玻璃组分和热处理温度可以调控氟化物纳米晶相的析出,得到析晶和透明度最佳的微晶玻璃样品。玻璃中KMgF_(3)纳米晶体为Cr^(3+)和Ni^(2+)提供了稳定的八面体配位和低声子能量发光环境,在450 nm蓝光激发下,基于Cr^(3+)到Ni^(2+)的能量传递实现了Cr^(3+)(700~1200 nm)和Ni^(2+)(1400~1700 nm)双宽带近红外发射,并且双宽带近红外发光强度随离子掺杂浓度而可调变化。荧光光谱和荧光衰减曲线表征证明了Cr^(3+)到Ni^(2+)的能量传递过程,对应的能量传递效率为52.2%,能量传递机制为电子偶极-四极相互作用。研究结果不仅可以为系统掌握透明光学材料的超宽带发光规律提供基础数据,同时有助于设计开发低成本、高效率的近红外宽带光源。

超声功率对连杆轴瓦Ni-Al_(2)O_(3)镀层耐磨性能的影响

用超声-喷射电沉积方法研究了超声波功率对连杆轴瓦表面Ni-Al_(2)O_(3)镀层耐磨性的影响。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、高分辨率电子显微镜(TEM)对Ni-Al_(2)O_(3)镀层的表面形貌、物相组成、组织结构进行分析,用摩擦磨损试验机及纳米显微硬度计对镀层的显微硬度及耐磨性能进行研究。结果表明:超声波功率通过空化效应及微射流作用搅拌镀液,可使Al_(2)O_(3)纳米粒子更好的悬浮在镀液中,从而影响镀层耐磨性。当超声波功率为200 W时,Ni-Al_(2)O_(3)镀层中Ni峰低且宽,镀层晶粒细小,结构致密,显微硬度达到639.2HV,摩擦因数和磨损质量损失分别为0.53和0.27 mg。涂覆Ni-Al_(2)O_(3)镀层的连杆轴瓦磨损量仅为0.31 mg,耐磨性高于未涂覆Ni-Al_(2)O_(3)镀层的连杆轴瓦。

Fe_(3)O_(4)/CS/EDTA对水溶液中Cu^(2+)和Ni^(2+)的吸附研究

分析了自制的Fe_(3)O_(4)/CS/EDTA纳米粒对水溶液中的重金属离子Cu^(2+)和Ni^(2+)的吸附性能和吸附机理。研究了pH值、溶液初始浓度、反应时间等对吸附性能的影响,结合红外、XPS和比表面分析结果确定了参与吸附配位的功能基团及可能发生的络合反应。结果表明:Fe_(3)O_(4)/CS/EDTA对Cu^(2+)和Ni^(2+)的吸附等温线均符合Langmuir模型,对Cu^(2+)的吸附效果要优于Ni^(2+),这可能与Ni^(2+)的离子半径较Cu^(2+)小以及Ni^(2+)与吸附剂形成的金属螯合物的稳定性较Cu^(2+)低有关;Fe_(3)O_(4)/CS/EDTA对Cu^(2+)和Ni^(2+)的吸附机理类似于N·O型螯合剂,并非一般的物理吸附,而是一种以金属离子为中心的吸附螯合。

活性炭电极的改性及对Co^(2+),Mn^(2+)和Ni^(2+)的电吸附性能

以商用活性炭(AC)为原料,分别采用磷酸和氢氧化钠改性的方法制备了两种不同的改性活性炭电极材料.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)测试、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段以及电化学分析方法,对改性前后活性炭材料的表面性质和电化学性能进行了探究.结果表明,H_(3)PO_(4)改性使活性炭的孔隙分布更加密集,NaOH改性使活性炭表面的孔隙结构更加清晰均匀;H_(3)PO_(4)和NaOH改性均使活性炭的比表面积增加.循环伏安测试结果表明,改性前后活性炭电极在低扫描速率下均具备良好的双电层特性,并且两种改性处理均能提高活性炭电极的比电容;当扫描速率为5 mV/s时,未改性、H_(3)PO_(4)以及NaOH改性活性炭电极的比电容分别为36.51,77.25和85.19 F/g.电吸附实验结果证明,两种改性活性炭电极对Co^(2+),Mn^(2+)和Ni^(2+)均有较好的去除效果,电吸附过程均更加符合Langmuir模型,在初始浓度、电压和pH相同的条件下,NaOH改性电极对Co^(2+),Mn^(2+)和Ni^(2+)具有更高的去除率和吸附容量,去除率可分别达到96.84%,94.37%和96.90%,吸附容量分别为140.8,111.4和108.5 mg/g.

Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂的制备及其催化甲烷与CO_(2)制乙酸性能

以Zr(NO_(3))4·5H_(2)O和Ni(NO_(3))2·6H_(2)O为原料、(NH4)2CO_(3)为沉淀剂,采用溶胶凝胶-硫酸酸化两步法制备了Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂,采用XRD,FTIR,SEM,N_(2)吸附-脱附,H_(2)-TPR,NH3-TPD等方法对Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂进行表征,考察了Ni的引入方式对催化剂的结构和性能的影响。实验结果表明,与共沉淀方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂相比,采用溶胶凝胶方式引入Ni制备的催化剂的四方相ZrO_(2)占比更高,表面酸量更多,且具有良好的热稳定性和较强的L酸性;采用溶胶凝胶方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂的乙酸生成量明显优于共沉淀方式引入Ni制备的Ni/ZrO_(2)-SO_(4)^(2-)催化剂。四方相ZrO_(2)、酸性位点和过渡金属Ni之间的协同作用促进了甲烷与CO_(2)直接反应合成乙酸。

混凝强化型好氧颗粒污泥对Ni^(2+)吸附性能及机理研究

为强化好氧颗粒污泥(AGS)对重金属Ni^(2+)的吸附效能,利用聚合氯化铝(PAC)和天然混凝剂(SNC)的特性培养形成混凝强化型AGS,并探究AGS对Ni^(2+)的吸附性能及机理。结果表明:PAC型和SNC型AGS对Ni^(2+)均具有良好的吸附性能且存在特异性,Ni^(2+)质量浓度为0~25 mg/L时,PAC型AGS吸附效能较优;Ni^(2+)质量浓度为100~150 mg/L时,SNC型AGS吸附性能较优。模型拟合结果表明:混凝强化型AGS对Ni^(2+)的吸附以物理-化学吸附为主,对于吸附量及吸附速率,SNC型AGS均大于PAC型AGS。傅里叶红外变换光谱(FT-IR)结果表明,吸附过程中混凝强化型AGS存在大量羟基、羧基和氨基等基团与Ni^(2+)吸附结合,实现了Ni^(2+)的有效去除;同时,SNC能强化AGS中的官能团,提高吸附性能。

CeO_(2)对WC/Ni复合熔覆层微观组织与性能的影响

本工作采用真空熔覆技术制备了不同CeO_(2)含量的WC/Ni复合熔覆层,通过SEM、XRD、EDS及显微硬度计对复合熔覆层的微观组织、成分及硬度分布等进行系统分析。结果显示:与基体呈冶金结合的复合熔覆层组织致密,复合熔覆层由厚度2~3 mm且具有网状结构特征的复合层区与约300μm的过渡层区组成,根据熔合程度过渡区又分为冶金熔合区、扩散熔合区及扩散区;随着CeO_(2)含量的增加,复合熔覆层的晶粒逐渐细化、熔合质量提高,特别是过渡熔合区出现鱼骨状的析出相;复合区的网孔部位主要组成相为γ-(Ni,Fe)固溶体、FeNi_(3)、Cr_(7)C_(3)、Cr_(23)C_(6)、Ni_(3)Si和NiB,网线区主要组成相为WC、WC_(2)、γ-(Ni,Fe)固溶体、共晶组织等;复合熔覆层的显微硬度由表面至基体逐渐降低,且随着CeO_(2)含量的增加硬度逐渐升高,CeO_(2)含量为1.5%时,达到最大值,其平均显微硬度比基体提高5~6倍。

pH对δ-MnO_(2)吸附硫酸锰溶液中Co^(2+)、Ni^(2+)的影响

硫酸锰溶液中重金属离子的深度净化,一直是锰行业研究的热点和重点。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(FT-IR)等手段对所制备的δ-MnO_(2)进行表征,利用Visual Minteq软件模拟硫酸锰溶液中Mn、Co和Ni的离子形态随pH的变化关系,研究不同pH条件对δ-MnO_(2)吸附硫酸锰溶液中Co^(2+)、Ni^(2+)的影响。结果表明:δ-MnO_(2)结晶性较差,缺陷和空隙较多,表面羟基丰富。随着硫酸锰溶液pH升高,δ-MnO_(2)对于Co^(2+)和Ni^(2+)吸附率逐渐增加,Co^(2+)比Ni^(2+)更容易被吸附。在低pH下,δ-MnO_(2)吸附效果受结构缺陷和空隙影响,pH高于5时,在表面负电荷和羟基的共同作用下大量吸附Co^(2+)和Ni^(2+),Co^(2+)、Ni^(2+)吸附率最高达到99.98%、89.53%。对吸附后δ-MnO_(2)进行XRD和FT-IR分析进一步验证了吸附机理,为解决锰系电池原材料硫酸锰溶液中重金属杂质离子难去除问题提供一定基础。

超高速激光熔覆Ni基Ti_(2)AlC陶瓷涂层性能

矿用液压支架立柱在井下苛刻工况下长期服役时易发生磨损、腐蚀、变形等问题,进而导致性能退化,严重时引发安全事故。为延长液压支架立柱的使用寿命,利用超高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面上制备Ni基Ti_(2)AlC陶瓷涂层,对其微观组织结构、物相、微观硬度等进行表征,并研究其摩擦磨损性能。实验结果表明:制备的涂层与基材冶金结合强度大,涂层致密;涂层的中上部主要由黑色细胞枝晶、灰白色细胞晶体以及浅灰色连续基质组成;涂层的物相以硬质相TiC、Al_(2)O_(3),润滑相Ti_(2)AlC、微量Ti_(3)AlC_(2),金属间化合物Ni_(3)Ti、Ni_(3)Al及γ-Ni固溶体为主;涂层的平均显微硬度为5495HV_(0.2),约为基体的3倍,涂层的摩擦磨损性能相比基体显著提高。

改性多孔硅酸镁纳米材料对废水中Ni^(2+)的吸附性能

将十二烷基磺酸钠(SDS)改性的系列多级孔硅酸镁纳米材料(FMS)用于吸附工业废水中重金属离子Ni^(2+),采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP AES)测定吸附前后溶液中Ni^(2+)的浓度,对所测定的实验数据用动力学和Langmuir吸附模型进行拟合。根据系列改性材料表征数据和实验数据拟合结果,研究系列改性材料的吸附行为及其对Ni^(2+)的吸附效能与吸附材料比表面积、孔结构等性质之间的构效关系。结果表明:孔径和比表面积更大的5 FMS(FMS中添加5%(质量分数)SDS)对Ni^(2+)的平衡吸附量最大,可达231.62 mg/g;所有材料对Ni^(2+)的吸附行为均符合拟二级动力学模型,表明化学吸附在吸附过程中占主导地位;同时所有材料对Ni^(2+)的吸附较好地符合Langmuir吸附模型,即为单分子层均匀吸附,其中5 FMS理论吸附量最大,为280.40 mg/g;该系列材料主要是通过静电吸附、表面金属离子(Mg^(2+))和酸性基团与溶液中Ni^(2+)交换达到去除Ni^(2+)的目的。

红辉沸石两步水热制备高品质X型分子筛及其高效吸附Cd^(2+)、Ni^(2+)性能研究

本研究以红辉沸石为原料,经两步水热法制备高品质的X型分子筛,探究了n(H_(2)O/SiO_(2))、n(Na_(2)O/SiO_(2))、n(Al_(2)O_(3)/SiO_(2))、陈化时间、晶化温度、晶化时间等因素对红辉沸石转化为X型分子筛的影响,以及考察了X型分子筛对Cd^(2+)、Ni^(2+)的吸附性能。研究表明,X型分子筛的最优转化条件为:n(H_(2)O/SiO_(2))=55、n(Na_(2)O/SiO_(2))=1.1、n(Al_(2)O_(3)/SiO_(2))=0.33、陈化时间48 h、晶化温度82℃、晶化时间4 h。红辉沸石溶解后解聚为低聚态Si物种且在体系中保留参与分子筛的生长,使得所合成的X型分子筛相对结晶度达100%、n(Si/Al)值为1.14,并缩短了晶化时间和降低了晶化温度,其中所合成的X型分子筛对Cd^(2+)和Ni^(2+)的吸附容量分别达到173.553 mg/g和75.897 mg/g。因此,本研究将为天然矿物快速转化为高品质的X型分子筛设计与制备提供理论基础和技术支持。

Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)-类水滑石@Al薄膜制备及其光催化性能

含过渡金属元素的类水滑石(LDHs)材料在可见光催化领域显示了广泛应用前景.然而LDHs粉末在催化反应中难回收、易流失,不利于材料的循环利用.以铝板为基体,通过原位生长技术在基体表面原位生长Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)-LDHs,开辟制备Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)-LDHs@Al材料的新方法.研究表明,Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)LDHs薄膜在铝基底纵向生长,具有高取向性.LDHs结晶度较高,片层结构规整,极大暴露了LDHs催化活性较高的层板边缘.该薄膜材料具有较低禁带宽度、较高可见光催化活性.Zn^(2+)-Ni^(2+)-Al^(3+)-LDHs@Al能够有效降解甲基橙(MO)有机染料废水,多次循环后对染料的降解率可达98%.该材料极大的增强了对光的利用率,促进了光生电子和空穴对的分离和转移,提高了材料光催化活性,推动和强化了LDHs材料的循环利用及综合处理废水的能力,提高了其应用价值和应用范围,为LDHs材料的开发、设计及应用提供了新思路.

Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物加氢

以γ-Al_(2)O_(3)为原料、碳酸铵为沉淀剂,采用沉积-沉淀法制备了Ni/γ-Al_(2)O_(3)催化剂,将其应用于苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)嵌段共聚物催化加氢。通过XRD、TEM、XPS、1HNMR和DSC对催化剂和产物进行了表征。考察了载体种类、Ni理论负载量(以载体质量为基准,下同)、反应条件对SIS加氢反应的影响。结果表明,以γ-Al_(2)O_(3)为载体并负载10%的Ni为催化剂、环己烷为溶剂、反应温度为140℃、反应压力为1MPa、反应时间3.0 h的条件下,催化剂具有最优活性,聚异戊二烯嵌段加氢度达到85%,副反应苯环的加氢度<10%。

改性纤维素对水中Ni^(2+)的吸附研究

从花生壳中提取纤维素,并对其进行柠檬酸改性,考查改性后纤维素对水中Ni^(2+)的吸附特性。实验考查了柠檬酸用量、酯化反应时间等因素对吸附的影响。结果表明:柠檬酸用量为0.16 g·g^(-1)、酯化时间为120 min时,改性后纤维素对镍离子有较高的吸附率。红外光谱分析发现,柠檬酸改性后纤维素的羟基吸收峰显著减弱且出现新的羧基峰。当溶液pH为7、吸附150 min时,对镍去除率为61.08%。等温吸附实验表明,柠檬酸改性纤维素对镍离子吸附可以用Langmuir等温模型表述。

Co掺杂富镍正极材料LiNi_(0.9)Mn_(0.1)O_(2)的制备及其性能

采用共沉淀法、结合两段式煅烧工艺制备富镍正极材料LiNi_(0.9)Mn_(0.1)O_(2),并探究最佳终烧温度以及最优Co掺杂量。结果表明:最佳终烧温度为740℃,最优Co掺杂量为10%(摩尔分数);此时制备的正极材料LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)不仅保持了原有层状结构,而且层状结构更加有序、Li^(+)/Ni^(2+)混排程度最低;采用该正极材料装配的电池电化学性能最优异,在0.1C电流密度下,首次放电比容量为250.92 mA·h/g,100次循环后容量保持率为91.82%;在5C大倍率电流密度下,放电比容量可达200.55 mA·h/g。Co掺杂可稳定富镍正极材料的层状结构,抑制Li^(+)/Ni^(2+)混排,提高富镍正极材料的综合电化学性能。

白云石诱导NiS沉淀除Ni^(2+)机理分析

开展了河北白云石诱导NiS沉淀除Ni2+前后载体的SEM、XRD表征,结合反应活化能,利用ζ电位及双电层理论分析了白云石诱导NiS沉淀除Ni^(2+)机理。结果显示,白云石诱导NiS沉淀过程中,沉淀产物NiS附着在白云石表面,沉淀反应也应发生在白云石表面;与无载体时相比,诱导反应历程发生变化,S2^(-)与反离子吸附层Ni^(2+)发生反应代替了无载体时溶液本体中的两者反应,载体表面NiS沉淀势远大于溶液本体,导致去除率及反应速率提高。

MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)纳米针的制备及其超电性能研究

采用水热和电沉积方法成功合成出超级电容器MgCo_(2)O_(4)@Ni(OH)_(2)(MCON)电极材料。在导电基底泡沫镍上,絮状的Ni(OH)_(2)包覆着针状的MgCo_(2)O_(4),改善了母体材料的结构,构成了有效的电连接,从而增强导电性能。电化学性能测试表明,该MCON表现出优秀的电化学性能,其在1 mA/cm^(2)的电流密度下,比电容高达2635.4 F/g,容量提高了72.4%,且以14 mA/cm^(2)循环1000周次后比电容保持原有容量的91.2%。将MCON与活性炭分别以正极和负极组装成非对称超级电容器,其在电流密度1 A/g下,比电容达91.8 F/g。另外,该非对称超级电容器在功率密度为2.1 kW/kg下,能量密度为28.7 Wh/kg,同时点亮红色发光二极管时长高达25 min。研究结果表明设计复合材料拥有较强的储能能力,适合作为超级电容器电极材料。