层状型天然气水合物沉积物力学特性研究

为保障天然气水合物开采过程中储层的安全稳定,针对沉积物内水合物赋存方式对储层力学稳定性存在显著影响的问题,开展了天然气水合物沉积物三轴压缩试验研究工作,探讨了水合物位置和围压对水合物沉积物的强度和变形特性影响。结果表明:1)低围压下,试样应力应变曲线类型与水合物层位置无关,试样变形呈应变硬化现象;2)试样的破坏强度随围压增大和水合物层下移而增大;3)起始屈服强度、起始屈服模量及割线模量均随着围压增大表现为整体增大趋势,与水合物层位置之间的关系较为复杂;4)由摩尔-库伦准则分析可知,层状型水合物沉积物力学性质的差异主要体现为粘聚力对试样强度的影响。该研究对认识层状型天然气水合物沉积物的力学特性,评价层状型天然气水合物储层的开采稳定性具有一定的指导意义。

钠离子电池用O3型层状金属氧化物研究进展

O3型层状金属氧化物具有理论容量高、制备简单等优势,是有前景实现商业化应用的钠离子电池正极材料之一。固有的缺点严重限制了层状金属氧化物正极的商业化进程,迫切需要解决。系统总结不可逆相变、表面侵蚀、产气等问题,分析比较固相法、共沉淀法和溶胶凝胶法等3种常用合成方法的优缺点,对O3型层状金属氧化物相关改性策略进行归纳,包括元素掺杂、表面包覆、混相设计和高熵设计等。

钾掺杂O3型层状氧化物正极材料及其性能

采用简单固相法制备K掺杂O3型Na_(0.9-x)K_(x)Cu_(0.22)Fe_(0.30)Mn_(0.48)O_(2)(x=0、0.05、0.1)正极材料,通过X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜及电化学实验,分析和研究材料的结构稳定性和电化学性能。结果表明:K掺杂可增强材料的结构稳定性,同时Na^(+)的扩散速率和材料的电化学可逆性显著提升。K掺杂使O3→P3相变发生得更早更快,有利于提升O3型正极材料的能量效率。O3型Na_(0.85)K_(0.05)Cu_(0.22)Fe_(0.30)Mn_(0.48)O_(2)正极材料具有优异的循环稳定性,在0.5 C倍率下循环150次后容量保持率为88.6%。K掺杂成本低廉、操作简单,有助于推动稳定的高性能钠离子电池的产业化发展。

高钠含量P2型钠离子电池正极材料研究

采用高温固相法合成了高钠含量的P2型层状氧化物钠离子电池正极材料Na_(0.93)Li_(0.125)Ni_(0.25)Mn_(0.45)Ti_(0.125)Zn_(0.05)O_(2)(NLNMTZ).研究发现,该材料电化学曲线平滑,表现出良好的循环稳定性和出色的倍率性能.在20 mA/g下,容量高达117.6 mAh/g;在200 mA/g下,700次循环后容量保持率为80%.

强降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的基岩型层状边坡可靠度分析

边坡土体因其自身的不均匀性及试验监测的不准确性,饱和渗透系数表现出一定的变异性。为探索强降雨条件下基岩型层状边坡的稳定性及失稳破坏概率,以笔者前期对基岩型层状边坡降雨入渗及其稳定性模型的研究为基础,结合Monte Carlo法,建立了考虑饱和渗透系数变异性的基岩型层状边坡稳定性可靠度计算模型,并基于MATLAB将这一计算过程程序化。最后,利用建立的基岩型层状边坡可靠度计算模型,得到了张家湾滑坡在不同饱和渗透系数变异系数及降雨强度下的失稳破坏概率,分析了饱和渗透系数变异系数及降雨强度对滑坡失稳破坏概率及安全系数均值的影响。计算结果表明在一定降雨条件下,当失稳破坏概率小于50%时,变异系数越大、滑坡发生失稳破坏的概率越大;当失稳破坏概率大于50%时,变异系数越小、滑坡发生失稳破坏的概率越大。

沉积岩型层状铜矿床研究进展

沉积岩型层状铜矿床是全球第二重要的铜矿类型,重要性仅次于斑岩型铜矿床。并且,它们常伴生一定规模的钴、银、铅、锌、铀、金、铂族元素等其他金属资源。其矿体通常呈层状、似层状发育在沉积盆地的还原性岩石或地层中。大多数沉积岩型层状铜矿床形成于围岩的成岩作用或者成岩晚阶段,但也经常会受到成矿后变质作用、变形作用的改造,发生成矿物质的活化一再沉淀。原生成矿作用的发生通常要经历成矿流体(低温、中—高盐度、含硫)在矿体下盘的红层中持续、长期的循环,萃取铜等金属元素,随后沿着盆地边界断裂迁移至盆地还原性地层中或者被迁移的还原性物质(石油、天然气)还原而发生铜等成矿物质的沉淀。超大规模的层状铜矿化可能对应地球地质历史时期特殊的地质事件和地质条件,其中包括超大陆裂解、炎热干旱的古气候、大氧化事件以及冰期和富镁的海洋等。

铜型抗菌层状硅酸盐的合成研究

采用液相离子交换法,将抗菌铜离子与钠基蒙脱石合成抗菌层状硅酸盐材料。研究了溶液浓度、pH值及反应时间等对合成抗菌材料中铜离子含量的影响。通过正交试验确定合成铜型抗菌层状硅酸盐的较佳反应条件为:CuCl2溶液的浓度0 1mol·L-1,在自然pH值下反应约1h。实验还测定抗菌层状硅酸盐的抗菌性能:铜型抗菌层状硅酸盐抗大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等细菌性能良好,但抗霉菌性能一般。

Birnessite型层状MnO_2的制备与剥离

将二维纳米层的制备与表征凝练为材料化学综合实验课题,采用水热法制备了Bir-nessite型层状MnO_2,利用超声辅助离子交换法对层状氧化锰实现了快速剥离。利用X射线衍射表征Birnessite型层状MnO_2在剥离各阶段的结构,利用原子力显微镜表征了氧化锰纳米层的大小和厚度,利用Dyndall现象研究了氧化锰剥离液的胶体性质,探讨了氧化锰纳米层的制备原理。通过该实验可使学生了解二维纳米层制备及表征的基本知识,同时可激发本科阶段学生从事科学研究的兴趣。

集成二维层状CdS/WO_(3)S型异质结及金属化Ti_(3)C_(2)MXene基欧姆结高效光催化产氢

开发低成本的半导体光催化剂以实现可见光下高效、持久的光催化分解水产氢是一个非常具有挑战性的课题.近年来,具有高产氢活性的CdS光催化剂引起了人们的研究兴趣.但是光生电子-空穴对快速复合、反应活性位点不足以及严重的光腐蚀等问题,严重地制约了CdS在光催化领域的实际应用.构建S型异质结和负载助催化剂被认为是促进光生电子空穴分离和加速产氢动力学的有效策略.本文通过在低成本的WO_(3)和Ti_(3)C_(2)MXene(MX)纳米片上生长CdS纳米片,设计并构建了具有二维耦合界面的2D/2D/2D层状异质结光催化剂,以实现高效的可见光光催化分解水产氢.首先通过水热煅烧和刻蚀的方法分别制备了WO_(3)和MX纳米片,然后以乙酸镉和硫脲为原料在乙二胺溶剂中通过水热法合成了MX-CdS/WO_(3)层状异质结光催化剂.在可见光下,以乳酸为牺牲剂测试了光催化剂的产氢活性且经过4次连续的循环反应,MX-CdS/WO_(3)体系展现出良好的活性及稳定性.在可见光的照射下,MX-CdS/WO_(3)层状异质结光催化剂最高的可见光光催化分解水产氢速率达到了27.5 mmol/g/h,是纯CdS纳米片的11倍.与此同时,在450 nm的光照下,表观量子效率达到了12.0%.为了深入探讨其高效产氢机理,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、原子力显微镜、透射电镜、高分辨电子显微镜等对MX-CdS/WO_(3)体系的组成和结构进行分析.结果表明,实验成功地合成了CdS,WO_(3)和MX三种纳米片及其复合材料.通过紫外-可见漫反射光谱研究了样品材料的光吸收能力.通过表面光电压、稳态及瞬态荧光光谱等研究了材料的电荷载流子复合和转移行为,发现MX-CdS/WO_(3)的光生电子空穴对相比与纯CdS或者二元复合材料具有更高的分离效率.UPS和ESR等表征结果说明,材料内部电场的方向和在光照条件下光生载流子的迁移方向,从而证实了S型异质结和欧姆结的成功构建.综上,在MX-CdS/WO_(3)光催化剂体系中,S型异质结形成较强的界面电场能够有效促进CdS纳米片与WO_(3)纳米片之间光生电子-空穴对的分离.同时,二维Ti_(3)C_(2)MXene纳米片作为辅助催化剂,通过与CdS/WO_(3)纳米片构建欧姆结,进而提供大量的电子转移途径和更多的析氢反应活性位点,使得CdS光催化剂的光催化活性和稳定性得到了很大的提升.通过构建S型内建电场、欧姆结和2D/2D界面可以协同提高CdS纳米片的光催化性能,从而加速光生电子在异质结中的分离和利用.本文所采用基于S型异质结与欧姆结基助催化剂之间的耦合策略可以作为一种通用策略扩展到其它传统半导体光催化剂的改性中,从而推进高效光催化产氢材料的有效合成.

机械化学法合成羟基插层Mg/Fe型层状双氢氧化物

Mg/Fe型层状双氢氧化物(LDH)是一类可有效去除水中有害组分(特别是有害阴离子)的无机吸附材料。常用的共沉淀法在合成层状双氢氧化物过程中容易产生大量碱性废水,且合成产物通常结晶度较低。本文利用改进的机械化学合成法,选取MgO和无定形态的Fe(OH)_(3)作为反应前驱物,成功制备出了羟基(—OH)插层的Mg/Fe型层状双氢氧化物(Mg-Fe-OH-LDH)。通过对合成产物的XRD、SEM、FT-IR及比表面积分析,探究了研磨时间、研磨条件及晶化时间等实验参数对产物晶体结构的影响。结果表明:在前期机械研磨过程中对MgO和无定形态的Fe(OH)_(3)混合物进行强烈的撞击和搅拌,可以诱发化学反应并合成目标产物,使用高能行星球磨仪研磨仅1.5 h即可生成高纯度的Mg-Fe-OH-LDH;晶化过程加快后期合成产物的晶粒发育,晶化48 h后的Mg-Fe-OH-LDH晶粒呈规整的薄片型,孔隙发育,且层间主要为羟基和水分子,化学结构式为Mg_(2.96)Fe(OH)_(8.94)·0.942H_(2)O,比表面积为42.8 m^(2)/g;在25℃条件下,对磷酸根和刚果红的单分子层最大吸附量分别为64.44和97.61 mg/g。综上,通过该方法可经济、高效地大批量生产Mg-Fe-OH-LDH,同时避免了掺杂可能产生二次污染的其他阴离子组分,有望应用于大规模的水污染处理。

有机柱撑型层状硅铝酸钠的合成及摩擦学性能研究

以十八烷基三甲基溴化铵(C_(18)N^(+)Me_(3))为模板剂,利用水热合成方法制备有机柱撑型层状硅铝酸钠材料(Lamellar Aluminosilicates-C_(18)N^(+)Me_(3),LAS-C_(18)N^(+)Me_(3)),通过XRD、SEM、FTIR和TG对样品进行表征。利用SRV往复摩擦磨损试验机考察有机柱撑型层状硅铝酸钠材料(LAS-C_(18)N^(+)Me_(3))与二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)复配作为锂基润滑脂添加剂的摩擦学性能,利用SEM、3D和EDS分析钢球磨损表面形貌和化学元素分布。结果表明:添加质量分数5%LAS-C_(18)N^(+)Me_(3)的润滑脂有最佳的减摩抗磨效果;LAS-C_(18)N^(+)Me_(3)与ZDDP的适宜复配质量比为5∶2,复合使用有优良的协同效应,能显著提高润滑脂承载能力,有效降低磨损体积和平均摩擦因数。钢盘磨损表面分析表明,在往复运行过程中摩擦副表面存在LAS-C_(18)N^(+)Me_(3)物理保护膜和ZDDP化学膜,从而阻止了钢球和钢盘的直接接触,提高了基础锂基脂的摩擦学性能。

有机柱撑型层状硅酸钠δ-双八的摩擦学性能研究

用四球式摩擦磨损试验机考察有机柱撑型层状硅酸钠δ-双八在100SN基础油中的摩擦学性能,X射线衍射分析样品在实验前、后的变化情况,扫描电子显微镜观察分析磨损表面情况。结果表明,有机柱撑型层状硅酸钠δ-双八能有效地改善100SN基础油的承载能力、减摩抗磨等摩擦学性能,并能够在实验中保持层状结构不变。

生物质炭复合钙铝型层状氧化物同步除磷除氟

将预先制备的钙铝型层状双氢氧化物(Ca-Al-LDH)与生物质炭按质量比1:1混合均匀,并通过管式炉煅烧改性生成一种新型生物质炭复合钙铝型层状氧化物(Ca-Al-LDO-BC500)的吸附剂并用于处理高磷高氟工业废水。当初始磷浓度为100 mg/L,初始氟浓度60 mg/L,固液比2 g/L,pH值为5的条件下Ca-Al-LDO-BC500对磷酸盐的去除率为100%,氟化物去除率在92%以上。且有纯生物质炭材料对照实验可知,其除磷除氟效果有明显增强。反应机理分析可知,Ca-Al-LDO-BC500除磷为物理吸附,除氟以化学吸附为主。

归来庄金矿床似层状碳酸盐岩型金矿体赋存规律探讨

归来庄金矿床是山东省鲁西地区著名的次火山岩浆期后浅成中低温热液构造隐爆角砾岩型金矿床。归来庄金矿体成矿条件复杂,主矿体呈分支复合、微波浪形产出,小型分支矿体众多。通过近几年矿山开采和多次勘查工作的开展,对已发现的众多小型金矿体的展布规律进行了分类分析研究。对其中似层状碳酸盐岩型金矿体的分布规律已初步掌握。受构造应力影响,岩层靠近主构造的范围内,岩层破坏严重,含金流体经主构造进入破碎的灰岩岩层内,因其相对较为封闭的空间限制,含金流体无法运移出,经多期次构造运动作用,造成含金流体在破碎的相对封闭的灰岩范围内逐渐积累,交代成矿,形成似层状碳酸盐岩型金矿体。

廉江南和细网脉型层状白钨矿床地质特征及成矿地质条件探讨

廉江市南和钨钼矿是20世纪80年代发现和基本查明的一个以白钨矿为主的中型矿床,地处南岭钨矿成矿带南侧,是广东省首次在寒武系变质岩系中发现的由岩浆岩与地层联合控制的层状矿床新类型——细网脉型层状白钨矿床.本文介绍南和白钨矿床的成矿地质背景及矿床地质特征,分析、探讨了矿床成因,并将该钨矿床与中国现行的钨矿床类型对比,指出其"独特之处",为本区进一步的勘查及区域找矿提出指导性建议.

河南栾川地区矽卡岩型铅锌矿地质特征——南泥湖钼矿外围找矿问题

河南栾川南泥湖钼矿因规模大、品位高、易采选而闻名世界,是我国乃至世界主要钼的产地之一。近几年,通过国土资源大调查,在其外围首次发现了矽卡岩型铅锌矿,该类铅锌矿床产于矽卡岩中,呈层状,明显受中、晚元古界大理岩地层控制,其成因与燕山期的中酸性小岩体有关,具有分布面积广,厚度大等特点,找矿前景良好,是进一步找矿的重要方向和靶区。

镁铝型复合金属氧化物去除水体中的苯酚

采用液相共沉淀法合成镁铝型层状双氢氧化物(LDH),并在400～550℃温度条件下焙烧获得镁铝型混合氧化物(LDO)。以LDO作为吸附剂,研究其对水体中苯酚的去除作用。利用XRD、FTIR、比表面与孔结构分析仪、紫外分光光度计对实验样品进行表征分析,研究LDH焙烧温度、吸附作用时间和LDO投放量等因素对去除作用的影响。结果表明:用500℃下焙烧制备的LDO作为吸附剂,当废水中苯酚初始浓度为0.1 g/L、LDO投放量为5 g/L、吸附作用时间为4 h时,对苯酚的去除率达到67%。吸附机理是以苯酚阴离子进入LDO层间形成LDH为主,表面吸附为辅。

国外超大型-特大型铜矿床成矿特征

铜的消费量及用途可以反映一个国家工业化程度的高低。本文主要研究了国外超大型-特大型铜矿床的主要类型和特征以及典型的超大型-特大型铜矿床,并将铜矿床按照岩浆熔离型、斑岩型、矽卡岩型、层状(控)型和海相火山气液型5种类型进行介绍。世界上著名的超大型-特大型铜矿床主要为智利的楚基卡马塔特大型铜矿床、埃斯康迪达超大型铜矿床,印度尼西亚的格拉斯贝格超大型铜金矿床,中非巨型铜矿带上的赞比亚铜矿带、刚果(金)沙巴铜矿带和赞比亚西北省铜铀矿区,阿富汗的艾纳克超大型铜矿床,波兰的卢宾超大型铜矿床。根据上述主要铜矿床的特征总结出国外超大型-特大型铜矿床具有统一性、专属性、偏在性和异常性等特点。

兰坪金满沉积-热液改造型铜矿

金满铜矿位于澜沧江大断裂与大箐山大断裂夹持的南北向紧密褶皱带,赋存于层间破碎带中。应属沉积-热液改造型。

P2型钠离子电池正极材料Na_(0.66)Mn_(0.675)Ni_(0.1625)Co_(0.1625)O_2的表面重构及其演变的电子显微表征

采用球差校正扫描透射电子显微镜(STEM)、X射线能谱(EDS)等分析手段表征了高温固相法合成的Na_(0.66)Mn_(0.675)Ni_(0.1625)Co_(0.1625)O_2钠离子过渡金属氧化物正极材料。X射线衍射(XRD)结果表明该材料为结晶性良好的P2型钠离子层状氧化物(P6_3/mmc)。原子尺度的结构与成分分析显示材料表面存在宽度约为1-2 nm的表面重构层,重构区域内存在大量晶格畸变与反位缺陷,并伴有一定程度的成分偏析——表面富钴(Co)、缺镍(Ni)。进一步研究表明这些表面重构区域在时效过程中会发生明显的"退化",即初始表面重构层宽度会进一步扩展至5-10 nm,部分区域钠离子耗尽,由层状结构转变为尖晶石(Spinel,Fdm)与岩盐相(rocksalt,Fmm)共存的结构。