有机-无机杂化材料动力学与热力学转化以及荧光信息防伪应用研究——介绍一个综合化学实验

有机-无机杂化发光材料易于调控的空间结构和发光性质,在发光防伪领域备受青睐。本实验基于Sb(Ⅲ)掺杂Bi(Ⅲ)基零维有机-无机杂化金属卤化物,利用不同的晶体生长方式实现动力学产物(化合物1)向热力学产物(化合物2)的转变,采用X-射线粉末衍射和荧光光度法分别对其进行了物相表征和光学性能测试,二者表现出截然不同的物相与光物理性质。化合物2在蒸馏水的作用下实现荧光淬灭,而且具有很强的反水性。基于化合物2出色的发光变色性质,制作了简易的可水写荧光信息防伪板/纸。本实验充分体现了“结构决定性质”的专业理论、“学以致用”的教学理念。该实验设计与实践旨在培养学生创新思维,提高其分析和解决实际问题的能力。

甲胺合成之热力学与动力学分析

为获得提高一甲胺反应选择性的最优工艺条件,采用化工流程模拟软件(Pro/II 9.0)、选用Peng-Robinson热力学计算方法对甲胺合成过程的热力学平衡转化率、绝热温升进行计算,并探究反应温度、反应压力、进料氨醇比(N/C)等参数对反应平衡转化率与绝热温升的影响。模拟计算结果表明:反应压力对平衡转化率与选择性几乎无影响;反应温度在350~450℃范围内变化对平衡转化率与选择性的影响较小,甲醇平衡转化率始终维持在100%;提高N/C,可明显提升一甲胺的平衡选择性。综合热力学计算结果和动力学理论分析,推测适宜的反应温度、较高的反应压力、较高的N/C以及较短的停留时间有利于提高一甲胺的反应选择性。

热解兰炭(SCs)基活性炭高效吸附SCs废水中苯酚的动力学和热力学

以神府煤田盛产的优质侏罗精煤中低温热解兰炭(SCs)为原料,KOH活化制备了SACs,研究了用于去除SCs废水中苯酚的热力学和动力学。采用比表面积测试(BET)分析、扫描电镜(SEM)观察、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)测试对SACs进行了微结构、形貌和表面官能团的表征。结果表明,KOH/SCs的质量比和热解温度是影响ASACs性能的主要因素。随着KOH/SCs质量比的增加和热解温度的升高,样品的比表面积先增大后减小。850℃,KOH/SCs质量比为4∶1时制备出具有丰富微孔的ASAC4,其比表面积为1689 m^(2)/g,孔体积为0.75 cm^(3)/g,平均孔径为1.81 nm,室温下,其对苯酚的最大吸附量为220.13 mg/g。动力学和热力学分析发现吸附是自发放热过程,符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型,SCs去灰后制备的多孔材料吸附苯酚能力增强了25.87%。

基于“双碳”目标的材料热力学与动力学课程教学改革措施

为了应对全球气候变化和环境问题的日益加剧,我国提出碳中和和碳达峰目标,以加速绿色低碳社会的转型和创新。作为材料科学领域重要的基础课程之一,《材料热力学与动力学》课程任务在于培养学生将热力学与动力学原理应用于材料科研实践中的能力,有助于材料助力“双碳”目标的实现。文章以“双碳”目标为背景,探讨了如何通过教学改革来提升学生对《材料热力学与动力学》知识的理解和应用能力,并为培养新一代复合型“双碳”人才打下坚实基础。

新型螯合纤维的制备及其动力学和热力学性质

目的研究自制聚丙烯腈螯合纤维用于Cu(Ⅱ)离子的吸附,考察pH值对Cu(Ⅱ)离子吸附性能的影响。方法以聚丙烯腈丝为原料,经醇解、肼解及胺肟化反应来制备多配位螯合纤维,并用于对铜的吸附,对吸附动力学和热力学进行了理论分析。结果制备了一种多配位的螯合纤维,用红外和扫描电镜对螯合纤维进行了表征。该多配位螯合纤维在pH为4时,对Cu(Ⅱ)离子的饱和吸附量为137.5 mg/g,且具有较好的吸附行为,随着温度升高吸附速率加快,同一温度下,浓度增大吸附速率减小。结论Freundlich吸附等温式能较好地描述该化学吸附过程。

富Cr碳化物析出行为的热力学与动力学计算

对时效处理条件下富Cr碳化物在Fe基多元合金中的演变行为进行了分析与计算。采用3DAP、XRD以及TEM技术表征了组织中碳化物的类型及尺寸随时间的变化,而后采用Thermo-Calc和PANDAT软件对碳化物的演变过程进行了热力学与动力学计算。结果表明:经800℃时效处理后合金组织中初始形核的相为M23C6型碳化物,10 min后该析出相的半径约为9 nm,而100 h后M23 C6型碳化物逐渐向稳定相M7 C3型碳化物转变;结合Thermo-Calc和PANDAT软件的计算结果可以较为准确地预测碳化物类型以及颗粒尺寸随时效时间的变化行为。

热等离子体裂解甲烷的热力学与动力学分析

应用Gibbs自由能最小法和平衡常数法分别计算了热等离子体裂解甲烷在均相体系和非均相体系中的平衡组成。采用简化的动力学模型,用特雷纳法数值模拟了不同的压力和温度下,甲烷、乙烯、乙炔、氢气和炭5种稳定物质的浓度随反应时间的演变。热力学计算结果表明:甲烷在1200K时几乎完全裂解,2500K以下时,炭黑由芳香烃中间体生成;2500～4200K时,C2H、乙炔和氢气是主要产物,炭黑由C2H2、C2H中间体生成;4200K以上时,体系中仅有炭、氢自由基,炭黑由炭自由基生成。动力学计算结果表明:2000K、100kPa,反应时间1.0ms时,甲烷已几乎全部裂解,0.1～1.0ms时,乙炔是主要产物,10.0ms以后炭黑产率接近100%。压力增加,乙炔收率下降,炭黑的收率增加,温度越高,乙炔和炭黑的生成速率越大。热力学和动力学计算表明在3500～4500K的温度范围内,5.0～10.0μs的时间范围内可同时获得较高收率的乙炔和炭黑。

BaVS_3化合物电子结构、晶格动力学、热力学研究

采用基于第一性原理计算的平面波赝势方法,在局域密度近似下对六角结构的BaVS3电子结构进行计算,接着采用线性响应的密度泛函微扰理论研究了BaVS3化合物的晶格动力学性质以及热力学性质.获得了自力常数、原子间力常数以及定容比热.

CCl_2与CH_2O插入反应机理及热力学与动力学特性的理论研究

采用密度泛函B3LYP/6-311G*和高级电子相关耦合簇[CCSD(T)/6-311G*]方法计算研究了CCl2与CH2O的插入反应机理,全参数优化了反应势能面各驻点的几何构型,用内禀反应坐标(IRC)和频率分析方法,对过渡态进行了验证.研究结果表明:反应(1)是单重态二氯卡宾与甲醛插入反应的主反应通道.该反应由两步组成:(i)两反应物首先经一无能垒的放热反应,放出9.73kJ·mol-1的热量,生成一中间体IM1,(ii)中间体IM1经一过渡态TS1,发生H的转移,生成产物P1,其势垒为47.32kJ·mol-1.用RRKM-TST理论计算了300～1900K温度范围内反应(1)的压力效应.用经Wigner校正的Eyring过渡态理论研究了不同温度下该反应的热力学和动力学性质.从热力学和动力学角度综合分析,在高压限101325Pa下,该反应进行的适宜温度范围为400～1800K,如此,反应既有较大的自发趋势和平衡常数,又具有较快的反应速率.

改性花生壳对水中苯酚的吸附热力学与动力学研究

通过甲醛—硫酸混合液改性花生壳对苯酚的吸附试验,研究了改性花生壳吸附苯酚的最佳条件、吸附热力学和动力学特征。采用Langmuir和Freundlich等温线对平衡数据进行了线性拟合,结果表明,改性花生壳对苯酚的吸附平衡符合Freundlich等温方程。在294 K下,吸附焓变△H=-11.41 kJ/mol,自由能△G=-5.09 kJ/mol,熵变△S=-21.50 J/(mol.K),表明该吸附过程为自发进行的放热过程。其动力学行为更好地符合Lagergren准二级动力学模型。

丁基钠黄药浮选斑铜矿的吸附热力学和动力学研究

研究了斑铜矿的浮选行为,并通过吸附量测试、红外光谱、吸附动力学及热力学计算研究丁基钠黄药(简称Na BX)在斑铜矿表面的吸附机理.斑铜矿在pH为5～9时可浮性较好,药剂在矿物表面的吸附属Freundlich模型的多分子层吸附;当pH为12时可浮性差,属于Lamgmuir模型的单分层吸附. Na BX在矿物表面吸附符合二阶动力学方程,是自发进行的化学吸附过程,通过热力学计算得出pH为9时的吸附反应比pH为12时更容易发生.红外光谱测试表明,当pH为5～9时Na BX在斑铜矿表面的吸附产物为Cu(BX)_2,Fe(BX)_3和(BX)_2,而当pH为12时的吸附产物为Cu(BX)_2.

搅拌铸造法制备金属基复合材料的热力学和动力学机制

对搅拌铸造制备金属基复合材料中增强相粒子进入金属溶液的热力学和动力学机制进行了推导,得出了粒子进入金属溶液中外力做功与润湿角、粒子密度、熔体密度、粒径和表面张力的关系式,为采用搅拌铸造法制备金属基复合材料时制订工艺参数提供了理论依据。

凹凸棒石基复合吸附剂对亚甲基蓝的吸附平衡及吸附动力学、热力学研究

以甘肃产凹凸棒石为基体,活性氧化铝、成型剂等为复合添加剂,通过造粒成型制得了一种凹凸棒石基复合吸附剂。研究了该种吸附剂对亚甲基蓝的吸附过程,并对其吸附平衡、吸附动力学和热力学进行了研究。结果表明,这种复合吸附剂对亚甲基蓝的吸附属于Langmiur型,吸附动力学符合一级动力学方程。

菱形传动β型斯特林机的动力学与热力学耦合分析

斯特林发动机是一种能以多种燃料为能源的闭循环回热式发动机。本文研究一种β型斯特林发动机的动力学与热力学耦合分析模型。该耦合模型中考虑发动机的热损失以及不可逆性,以期能够得到更加接近实际工况的数据。通过数值模拟,分析回热器性能以及无益容积对发动机性能的影响。另外,研究得到不同几何参数下的发动机净输出功以及热效率,并评估传动机构、无益容积比以及回热器性能对发动机最大输出净功的影响。结果表明,发动机效率随着无益容积的增大而降低,随着回热器性能的降低而降低。

材料热力学与动力学教学体系的改革探索

本文结合我校材料科学工程学科材料热力学与动力学课程的教学实践,根据该门课程自身的特点,从精选教材及教学内容、教学方法、以及考核方式等方面的教学改革进行初步探索,以更好地提高学生的学习兴趣,增强学生分析问题和解决问题的能力,从而最终达到更好地提高改善材料热力学与动力学课程教学效果的目的。

勘误:基于数值模拟的Cu‒Al复合粉体内氧化热力学与动力学研究

因本文作者失误,发表在《粉末冶金技术》2016年第34卷第1期21~25页(DOI:10.3969/j.issn.1001-3784.2016.01.004)的“基于数值模拟的Cu‒Al复合粉体内氧化热力学与动力学研究”论文出现了错误。由于投稿时的疏忽和笔误,作者将图1中两张图片的图题写反,并错误的使用了放大倍数不合适的图片。经过反复核对并确认,作者现申请对图1进行勘误。勘误结果与本文结论相符,不会影响文章的结果和结论。本文作者对错误造成的任何不便或误解,深表歉意。现将原图和更正后的图片附后。

二氯卡宾与甲醇及甲硫醇反应的拓扑积分和热力学与动力学性质

在b3lyp／6—311g（d，p）水平上运用经Wigner校正的Eyring过渡态理论和统计热力学方法，对CCI，与CHaMH（M=O，S）中C—H键、M—H键插入反应的热力学与动力学性质及其拓扑积分性质进行了研究。计算结果表明，在250～850K的温度范围内，更有利于CCl2插入甲醇O-H键生成产物P1[CH3OCHCl2]的反应I（1）的发生．而在850-2200K的温度范围内，反应I（1）及I（2）[插入C—H键，生成P3：Cl2HCCH2OH]没有明显的选择优势；CCl2插入甲硫醇O-H[反应II（1）]及C—H[反应II（2）]的适宜温度为400-1600K，低温下有利于生成CH3SCHCl2，而在高温下，反应II（1）及II（2）的选择性优势也不明显。最后，讨论了被插入C—H键、O—H键及S—H键中H原子的能量变化．

地木耳粗多糖超声波辅助提取工艺优化及其动力学和热力学分析

本文探讨了超声波辅助提取地木耳粗多糖的工艺条件,以多糖得率为考察指标,料液比、超声温度、超声功率和超声时间为试验因素,通过单因素试验和Box-Behnken试验设计对工艺条件进行了优化。在此基础上,建立了以Fick第二定律为基础的粗多糖提取动力学模型,并求解出速率常数、相对萃余率及活化能等关键模型参数,并研究了提取过程的热力学特性。结果表明,地木耳粗多糖的最佳超声波提取工艺条件为:料液比为1/50 g/m L,温度为350.15 K,功率为540 W,时间为25 min,在此条件下粗多糖得率达到13.07%。该提取过程符合一级动力学模型,且试验数据与动力学模型计算值吻合良好。热力学分析显示该提取过程是一个逆反应自发进行的吸热过程。

单态卡宾(CH2)与臭氧O_3反应的热力学和动力学研究

在量化计算的基础上，运用统计热力学和Wigner校正的Eyring过渡态理论研究了98．15～2298．15K温度范围内单态卡宾（CH2）与臭氧（O3）反应的热力学和动力学性质，给出了有关的计算数据。表明单态卡宾与臭氧反应在低温下具有热力学优势，高温下具有动力学优势．对于单态卡宾与臭氧的两条反应通道，通道2不仅具有很强的自发性。而且在动力学上更易进行。

SiO2/C复合微球的制备及其脱除水体中Cu（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的动力学和热力学

首先,将Stober法制备出的SiO2活性微球分散到抗坏血酸(VC)水溶液中,通过水热碳化法成功制备出了SiO2/C复合微球。采用XRD、SEM、TEM和BET等手段对产物的结构、形貌和比表面积进行了分析。然后,以Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)为目标污染物,对比研究了SiO2和SiO2/C对水体中上述两种金属离子的脱除效果。结果表明,SiO2和SiO2/C对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附动力学满足准一阶动力学方程,吸附热力学过程符合Langmuir模型,但SiO2/C复合微球对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的去除量较高,且具有较好再生性能,经过6次循环使用后,对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的去除率仍高达95%和93%。