CaO催化臭氧选择性氧化肉桂中油的研究

粗肉桂油精馏后残留的尾油(也称为肉桂中油)含有肉桂醛和烯烃类化合物。为通过精馏分离肉桂中油中的肉桂醛,实现肉桂中油资源再利用,根据前期研究成果,采用CaO催化臭氧选择性氧化肉桂中油中的烯烃类化合物;采用气相色谱和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对反应产物进行分析。结果表明,臭氧化反应60 min后,存在于肉桂中油中的10种烯烃类化合物在反应产物中仅检出1种,肉桂醛的相对含量从反应前的56.46%增至80.48%。反应后,GC-MS未检测出烯烃类化合物臭氧化后生成的醛或酮类物质。通过臭氧化可基本清除肉桂中油中的烯烃类化合物,保留肉桂醛。

洁净金属冶炼用CaO材料的防水化措施及作用机理

CaO是冶炼洁净金属最具潜力的耐火材料,其运用可推动我国高端制造业的高质量发展,然而易水化是其推广应用的主要限制性因素。本文综述了提高CaO材料水化性能的措施,包括高温煅烧法、添加剂法和表面处理法等,并对其作用机理进行分析和作用效果进行评价,最后指出,采用多方式协同将成为提高CaO抗水化性的重要方向,以及从晶体结构入手才能从根本上解决CaO易水化问题。

基于分子动力学的热化学储能过程中CaO/Ca(OH)_(2)分子扩散机制研究

在CaO/Ca(OH)_(2)热化学储能过程中,CaO晶粒的结构演变会影响材料的储能和机械性能.本文通过分子动力学模拟研究了热化学储能过程中CaO/Ca(OH)_(2)晶粒中分子的扩散强度和晶格结构的变化.结果表明,脱水反应过程中Ca(OH)_(2)分子的运动符合体扩散机制.其中,O/H原子的扩散指前因子为7.9×10^(-8)m^(2)/s,而Ca原子的扩散指前因子仅为4.7×10^(-8) m^(2)/s,O/H的快速扩散破坏了材料原有的晶格结构,使得脱水后CaO的结晶度降低.在水合反应过程中,CaO晶粒外层分子的扩散指前因子为3.2×10^(-8) m^(2)/s,为内层分子的2.5倍,CaO分子扩散符合表面扩散机制.由于水合过程中CaO分子的整体扩散强度较弱,因此对CaO晶格结构影响较小.从分子层面揭示了CaO/Ca(OH)_(2)分子在热化学储能过程中的扩散机制.

“双碳”相关实验开发——蛋壳源CaO的制备、表征及其碳捕集性能

碳捕集技术是实现“双碳”目标的重要途径。高温工业源CO_(2)的捕集更宜使用钙基吸收剂。本文立足“双碳”背景,将碳捕集前沿技术融入仪器分析实验课程,开发了蛋壳源CaO的制备、表征及其碳捕集性能的设计性综合实验。选择高钙废弃物鸡蛋壳为原料,采用醋酸处理得到醋酸钙,再经高温煅烧制备了具有较好碳捕集性能的CaO;利用EDTA配位滴定、扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱和热重分析等多种分析手段,测试了CaO的纯度、形貌、结构及其对CO_(2)的捕集性能。本实验采用项目式教学方式,引导学生自行设计实验方案并进行实践和总结,不仅锻炼了学生综合运用专业知识解决实际问题的能力,而且培养了学生的科研素养和团队合作精神。

CaO对Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)微晶玻璃热膨胀性能的影响

近年来,作为Li_(2)O-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)(LAS)微晶玻璃主要原料之一的锂矿价格持续上涨,因此开展LAS微晶玻璃的降锂研究对LAS微晶玻璃企业的可持续发展具有重要意义。采用熔融法制备LAS基础玻璃,通过退火、形核及析晶处理得到LAS微晶玻璃,系统研究了CaO对于LAS微晶玻璃的析晶行为及热膨胀性能的影响。结果表明,CaO可以促进晶粒生长与析晶,配方中CaO添加量从0.3%增至0.8%时,晶粒尺寸从32.66 nm增至34.92 nm,当CaO添加量增加到0.6%之后,样品晶体含量开始增多。CaO添加量较低时,Ca^(2+)断键作用不如Li^(+)强烈,导致高温黏度并未下降。随着CaO和Li2O质量比增加,Li^(+)与Ca^(2+)共同作用导致玻璃网络结构更加松散,从而增大热膨胀系数。C0.3~C0.8样品在25~600℃范围内的热膨胀系数平均值均小于8×10^(-7)/K,表明样品均具有良好的热稳定性。

CaO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)微晶玻璃的制备及介电性能

低介电常数、低介电损耗的微晶玻璃是制造低温共烧陶瓷基板的重要材料。本文采用熔融水淬法制备了CaO-B_(2)O_(3)-SiO_(2)(CBS)微晶玻璃,重点研究了m(CaO)/m(SiO_(2))质量比、B_(2)O_(3)含量对CBS微晶玻璃介电性能的影响。结果表明:CBS微晶玻璃的主要晶相有Ca_(3)Si_(3)O_(9)、Ca_(2)B_(2)O_(5)、CaB_(2)O_(4)、SiO_(2)和Ca_(2)SiO_(4)。随着m(CaO)/m(SiO_(2))质量比的增加,介电常数增加,介电损耗先降低后增加;硅灰石相的增多使介电损耗从2.87×10^(-3)降到1.36×10^(-3),介电损耗随着SiO_(2)、Ca_(2)B_(2)O_(5)和CaB_(2)O_(4)含量的增加而增大。随着B_(2)O_(3)含量的增加,介电常数先增加后减少,而介电损耗则相反。当m(CaO)/m(SiO_(2))质量比为0.89、B_(2)O_(3)含量为15%(质量分数)时,在900℃烧结3 h,CBS微晶玻璃的热膨胀系数为7.16×10^(-6)℃^(-1),介电常数为5.85,介电损耗为1.37×10^(-3)(10 GHz)。

氧分压和温度对CaO-SiO_(2)-TiO_(x)渣系钛组元价态及赋存相的影响

从含钛高炉渣中绿色高效提取钛资源是实现高附加值钛制品持续开发的有力保障,目前与含钛氧化物渣系相关的关键热力学数据匮乏,严重制约了相关提钛工艺的开发。本文基于典型含钛高炉渣成分及矿物特征,结合FactSage 8.2热力学软件的“Phase Diagram”模块和“FactPS”、“FToxid”数据库,计算分析了含钛矿物在高炉不同区域还原过程中钛赋存相的变化规律,并进一步计算分析了1400~1600℃下0.21~10^(-18)atm氧分压范围内CaO-SiO_(2)-TiO_(x)渣系平衡相的演变规律。结果表明,当温度一定时,随着氧分压的降低,液相区范围先增大后减小,钛的氧化物被逐级还原;当氧分压一定时,随着温度的增加,液相区逐渐变大,液相与钙钛矿两相共存区随温度升高先小幅增大后小幅缩小,且向w(CaO)/w(SiO_(2))比增大的方向移动,液相与金红石两相共存区先大幅增大后小幅缩小。本文结果对于深入理解含钛赋存相在不同工艺参数下的演变规律,进而开发更加绿色高效钛资源提取工艺具有重要意义。

CaO/CaCO_(3)流化床反应器释能动态特性研究及敏感性分析

为了获得CaO/CaCO_(3)流化床反应器释能过程的动态特性、提高其系统设计与安全调控水平,基于有限体积法,构建了MW级的可用于sCO_(2)热发电系统的CaO/CaCO_(3)流化床反应器的动态仿真模型。研究了该反应器系统在典型扰动下的动态响应特性,并就不同关键参数对CaO/CaCO_(3)流化床反应器释能过程中传热传质的影响进行了敏感性分析。研究结果表明:改变吸热侧sCO_(2)的进口流量和温度,会显著影响出口温度;相较于改变放热侧颗粒的进口温度,改变其进口流量对吸热侧sCO_(2)出口温度的影响更为明显,10%的放热侧颗粒进口流量阶跃扰动可导致吸热侧sCO_(2)出口温度变化可达17.5℃,而相同比例的进口温度扰动最高只能使吸热侧sCO_(2)出口温度产生3.9℃的变化;增加管数、减少管径和减小粒径有助于提高CaO/CaCO_(3)流化床反应器的热效率和转化率,且增加管数的影响最为明显,当管数从20增加至40根时,反应器的热效率和CaO颗粒转化率分别提高了2.9%和2.4%。该研究结果可用于指导CaO/CaCO_(3)热化学储能和太阳能热发电系统的集成与设计。

Al_(2)O_(3)掺杂CaO吸附剂长周期CO_(2)捕集性能研究

CaO是一种高效廉价的CO_(2)吸附剂,但其在循环使用过程中易烧结,导致其捕集CO_(2)的能力大幅衰减,无法长周期循环应用。以半惰性Al_(2)O_(3)掺杂CaO制备钙铝复合吸附剂,采用热重吸/脱附的方法研究了复合吸附剂的捕集性能及循环稳定性,并采用室温空气再生方法深入研究了钙铝复合吸附剂的再生性能,建立了再生性能与循环次数的关系。结果表明,因惰性骨架物相Ca3Al2O6的建立与微观纳米结构的形成,Al_(2)O_(3)的掺杂使钙铝复合吸附剂的捕集性能、循环稳定性和再生性能均大大优于纯CaO吸附剂。经100次循环后,钙铝复合吸附剂的CO_(2)吸附容量和碳酸化转化率在n(Ca):n(Al)=10:1时分别可达0.23 g/g和34.0%,在n(Ca):n(Al)=10:2时分别保持在0.19 g/g和32.8%,但n(Ca):n(Al)不宜超过10:2。进一步通过吸附剂的失活数学模型验证发现CaO吸附剂的烧结是不可逆的,Al_(2)O_(3)的掺杂可抑制CaO吸附剂的烧结,同时保持钙铝复合吸附剂的再生活性。经两次空气再生的钙铝复合吸附剂(n(Ca):n(Al)=10:2)的碳酸化转化率基本保持不变,100次循环后仍为32.7%。

B_(2)O_(3)对CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元保护渣熔体结构的影响

通过分子动力学方法对非反应性保护渣CaO-Al_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)三元渣系进行了模拟,构建了熔渣的网络结构模型,研究了渣系中B_(2)O_(3)的含量对保护渣熔渣微观结构的影响规律。结果表明:B在网络中与O的结合能力最强,且能够起到简化网络和平衡过剩电荷的作用;Al在熔体中主要以4配位形式存在,同时存在少量高配位Al-O结构,B_(2)O_(3)的含量为5%时,熔渣中[AlO_(4)]含量最高;随着B_(2)O_(3)含量的增多,熔渣网络结构聚合程度降低,复杂Al-O结构减少,熔渣微结构的有序性增加。

纳米CaCO_(3)与碳粉低热固固耦合原位制备纳米CaO和CO

高温条件下固相CaO可直接与CO_(2)反应生成CaCO_(3),CO_(2)捕集率达78.57%(质量分数),是解决碳排放的高效手段。钙循环技术中如何降低CaCO_(3)分解温度、CaO再生和CO_(2)利用是关键问题。研究通过纳米CaCO_(3)和碳粉的低热固固耦合反应同时实现纳米CaO再生和CO_(2)原位转化为CO,使纳米CaCO_(3)分解温度下降46℃,分解速率提高约50%,再生的多孔纳米CaO粒径小而均匀,可再次捕集CO_(2)实现钙循环利用,由CO_(2)转化的CO可应用于工业合成气。纳米CaCO_(3)和碳粉具有原料来源广泛、价格低廉、安全性高、运输便捷等优点,该低热固固耦合反应在低成本前提下具有提高CO_(2)捕集和利用效率的潜力。

Na_(2)O-CaO-SiO_(2)平板玻璃减反射功能化研究

随着光伏产业的高速发展,与之配套使用的减反射玻璃重新进入了研究者们的视野。本文采用湿化学二步刻蚀法制备了具有减反射性能的Na_(2)O-CaO-SiO_(2)平板玻璃,采用分光光度计、扫描电子显微镜、原子力显微镜和X射线能谱仪等测试样品的透过率、表面形貌和断面膜层厚度、表面化学成分、耐酸性和硬度,研究了反应温度和反应时间、玻璃膜层结构与透过率的关系。通过使用弱碱性的混合盐溶液对Na_(2)O-CaO-SiO_(2)玻璃表面进行化学刻蚀,使玻璃表面Si—O键断裂,在玻璃表面形成纳米膜层结构,当膜层厚度达到一定厚度时,一定波长的光在玻璃表面发生相消干涉,透过率最高可达到97.8%,刻蚀前后玻璃成分基本无变化,铅笔硬度达到3H。

基于改进Cao算法的SSA与误差修正的超短期风电功率预测

针对风电历史信息运用不充分和未充分挖掘机器学习模型潜力的问题,提出一种特征奇异谱分析和模型误差修正的超短期功率预测。首先,利用随机森林分析不同特征对输出功率的影响程度,并利用累积贡献率进行特征提取。其次,通过改进的Cao算法确定奇异谱分析最佳嵌入维数,对提取的特征实现降噪处理,从而构建风电功率预测模型。最后,利用预测值与真实值的误差构建误差预测模型,通过预测的误差来修正功率预测的结果。以国内某小型风电场算例结果表明,所提方法较卷积神经网络-长短期记忆(CNN-LSTM)预测模型均方根误差(RSME)和均方误差(MSE)分别降低45%和53%,验证了所提模型的有效性。

CaO添加量对焦炭反应性和反应动力学的影响

近年来,研究表明利用高反应性焦炭进行高炉炼铁不仅可以降低燃料比,而且可以降低碳排放。因此,开发高反应性焦炭的研究受到关注。本工作在不同变质程度煤中添加CaO进行炼焦,研究CaO添加量对焦炭反应性和反应后强度的影响。同时,研究添加不同含量CaO的焦炭在不同升温速率下的焦炭与CO_(2)非等温气化反应行为,分析了CaO对焦炭气化反应特征参数以及动力学过程的影响规律。

赤泥掺杂提高CaO对SO_(2)和NO吸附性能的机理

赤泥中富含的氧化铁具有催化作用,掺杂一定比例赤泥可用于改性Ca基脱硫脱硝吸附剂。为探究赤泥掺杂对钙基吸附剂脱硫和脱硝性能提升的影响机理,采用挤压成型法制备了不同掺杂比例的赤泥/CaO吸附剂,利用固定床反应器系统,模拟实际烟气环境,开展了吸附性能试验研究和DFT模拟研究。基于密度泛函理论,构建了CaO(001)表面模型和Fe-CaO(001)表面模型,并通过对微观原子层面的计算和分析,揭示了赤泥掺杂对CaO吸附SO_(2)和NO性能的影响。试验结果表明,当赤泥添加量为5%时,赤泥/CaO吸附剂显著延长了对SO_(2)的高效吸附时间,并显著提升了对NO的吸附效率,由62.5%提高至84.0%,证实了赤泥掺杂对提高吸附剂性能的有效性。模拟计算结果表明,赤泥掺杂将SO_(2)和NO的吸附能分别由-1.181、-0.601 eV降至-2.247、-0.977 eV。此外,掺杂赤泥后,Fe原子、O原子和S原子(或N原子)之间的相互作用产生了高态密度的3个原子电子轨道共振峰,这表明赤泥掺杂增强了CaO结构的稳定性,并加强了Fe原子与O原子之间的相互作用,从而提高了O原子的活性。因此,赤泥掺杂提高了CaO对于SO_(2)和NO的化学吸附性能。

火焰原子吸收光谱法连续测定砂岩型铀矿中的CaO和MgO

岩石矿物中CaO、MgO含量的测定在国家标准方法中前处理主要使用高温碱熔处理,但碱熔分解试样后,测量时记忆效应严重,重复性差。通过选用氢氟酸、硝酸和高氯酸三酸作溶剂,在电热板上加热对砂岩型铀矿样品进行分解,在盐酸介质中,以SrCl_(2)和EDTA作为释放剂,选用火焰原子吸收光谱法测定CaO和MgO含量。分别对介质酸度、SrCl_(2)和EDTA用量进行考察,确定了最佳实验条件,在2%的盐酸介质中,SrCl_(2)加入量为2 mg/mL,EDTA加入量为0.372 mg/mL时,方法检出限分别为CaO 0.02μg/mL,MgO 0.004μg/mL,CaO和MgO相对标准偏差(n=6)分别为1.8%和2.4%,CaO和MgO样品加标回收率分别为90.9%~95.3%和92.3%~94.5%。方法简单、快速、准确性好、成本低,经砂岩型铀矿标准物质和实际样品验证,能进行砂岩型铀矿中CaO、MgO连续测定。

CaCl_(2)-CaF_(2)-CaO三元体系的相图计算

基于Calphad方法,首先对CaCl_(2)-CaO、CaCl_(2)-CaF_(2)和CaO-CaF_(2)体系进行了系统的热力学评估和优化。采用置换溶液模型来描述液相和固溶体相的吉布斯自由能,所有中间相因其固溶区域十分有限而近似处理成准化学计量比化合物,且其自由能依据Neumann-Kopp规则定义。其次,利用Muggianu溶液几何模型将优化获得的所有子二元系的模型参数扩展至CaCl_(2)-CaO-CaF_(2)三元体系。最后,对共晶点进行配样和差示扫描量热法(DSC)测试,通过引入三元交互参数使计算结果与试验数据一致,从而获得了一套自洽的CaCl_(2)-CaO-CaF_(2)三元体系热力学数据库。

“K_(2)O-Na_(2)O-CaO-BaO-SrO”复合熔剂熔融特性及对陶瓷岩板釉面性能的影响

以“BaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)”三元系统相图为基础,选取烧氧化锌、碳酸钡、超细石英和S17#高锶熔块为变量原料,采用正交试验方法系统研制出复合溶剂型亚光釉料并制备出相应的釉饰陶瓷岩板产品;借助灰熔点测定了复合溶剂釉的熔融温度范围,采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和原子力显微镜等研究了釉面的组成,结构和表面平整度;研究结果表明:当釉料配方中烧氧化锌为5%、碳酸钡为6%、超细石英为3%和S17#熔块为45%时,其所制备出对应的产品釉层可在1169~1185℃烧成温度范围内出现不同形状的(K,Na,Sr,Ba)Al_(x)Si_(x)O_(8)长石晶体,从而产生了漫反射,达到釉面的亚光效果;其釉层表面粗糙度Ra为0.91μm、Rz为8.12μm,轮廓显微形貌相对比较完整且平缓,有利于提升陶瓷岩板产品釉面的细腻平滑、易清洁性能。

基于工况分类的熟料f-CaO含量预测方法研究

为实现游离氧化钙(f-CaO)含量的持续稳定预测,采用集成学习算法研究软测量实现方法。针对烧成系统中的复杂工况,首先展开工况分类,然后对每一类工况构建集成学习预测模型,同时引入在线建模的方式提高模型的泛化能力和时间有效性,解决了模型短期有效和重复性建模的问题。集成学习算法基于bagging的思想进行对多种弱学习器构建模型,通过检验发现模型效果显著优于单一模型效果。该算法融合了工艺生产特点和多种回归算法,具有较好的稳定性和提前性,实现了水泥质量的实时控制,助力水泥厂高质量稳定生产。

稀土改性CaO载体负载Ni催化乙醇水蒸气重整制氢

将稀土化合物La_(2)O_(2)CO_(3)改性CaO载体负载Ni制备Ni/CaO-La_(2)O_(2)CO_(3)(NCaL)催化剂,对其催化乙醇水蒸气重整制氢效果进行了研究,并与未改性的Ni/CaO(NCa)催化剂进行对比。采用X射线衍射仪(XRD)分析催化剂的物相,程序升温化学吸附仪(TPR)测试氧化还原能力,色谱工作站分析制氢性能。结果显示:300℃下,NCa的乙醇转化率不到70%,而NCaL的乙醇转化率超过80%;400℃下,NCaL的乙醇转化率已达100%,而NCa的乙醇转化率不到95%。La_(2)O_(2)CO_(3)改性能显著提高催化剂的低温乙醇转化率和催化活性。600℃下,NCaL的H_(2)选择性达到最大值近90%,较NCa的最大值提高了14.31%。NCaL的H_(2)、CO_(2)选择性明显高于NCa,而CO、CH4选择性有所降低。La_(2)O_(2)CO_(3)改性能显著提高催化剂的H_(2)选择性,稀土改性CaO载体可提升Ni催化乙醇水蒸气重整制氢效果。