奥氏体不锈钢中氮溶解度的热力学计算和实验研究

采用热力学分析方法,对固态不锈钢304、304L、301S和301L(γ-相)以及奥氏体不锈钢熔体中氮溶解度进行了计算,得出了氮溶解度的计算模型;同时通过1 kg MoSi电阻炉对4种奥氏体不锈钢在1520～1580℃和33～100 kPa压力下的渗氮行为进行了实验研究。结果表明,氮在固态奥氏体不锈钢的γ-相中的溶解度最高;在常压冷却、凝固过程中存在的液相、δ-相至γ-相的转变;当不锈钢熔体中相对于δ-相过饱和的氮在钢中以气泡形式析出,则降低了奥氏体钢的氮含量,所以采用常压快速冷却或加压浇注有利于冶炼高氮奥氏体不锈钢。

不锈钢熔体中氮溶解度的热力学计算模型

在实验研究和前人研究工作的基础上,建立了一个新的不锈钢熔体中氮溶解度与体系温度、氮分压和合金成分的热力学计算模型,在该模型中引入了氮分压对氮活度系数的作用系数.该模型的计算结果与实验值吻合很好.基于该模型的计算结果,讨论了氮分压、温度、合金成分对不锈钢熔体中氮溶解度的影响规律.在压力较高(大于0.1 MPa)特别是合金元素较高的不锈钢熔体中,氮分压与氮的溶解度关系不符合Sievert定律.在一定氮分压下,温度对不锈钢熔体中氮溶解度的影响取决于合金体系的化学成分.在常压(氮分压为0.1 MPa)下,20%Cr-20%Mn的合金体系在1 873 K可获得氮质量分数为0.8%的高氮无镍奥氏体不锈钢.

304不锈钢熔体氮溶解度的测定

介绍并比较了纯铁液中氮溶解度测定方法———直接法和间接法,并在经典的间接法的基础上,重新设计了气体氮的配气、控制和计量系统,以及渗氮的方式。用该方法测定了304不锈钢熔体在不同温度和氮分压下的氮的溶解度值.

挤压膨化豆粕酿造酱油中挤压参数对氮溶解指数的影响

挤压膨化技术用于酱油生产过程中可以起到变性蛋白质、糊化淀粉及杀菌的作用,与传统的蒸煮法相比可以提高蛋白质消化率和氨基酸生成率。以蛋白质氮溶解指数（NSI）为主要考察指标,选择面粉比例、混合物料含水率、套筒温度、模孔孔径和螺杆转速5个试验因素,运用5因素5水平二次旋转正交进行试验设计,经分析得出豆粕和面粉混合物的最佳挤压工艺参数为：面粉比例为13.6%~13.8%;物料含水率为25.3%~25.5%;套筒温度为135.5~136.1℃;模孔孔径为12.1~12.4 mm;螺杆转速为191.4~192.0r/min,在此条件下NSI值为41.5%~42.0%。

奥氏体不锈钢熔体氮溶解行为的研究

在实验室条件下,以304不锈钢为例,研究了奥氏体不锈钢熔体在不同温度和氮分压下气相渗氮过程中的氮溶解行为。实验发现,氮分压越大其氮的溶解度越大,而温度越高则氮的溶解度越小。分别从热力学和动力学方面分析,建立了热力学和动力学计算公式,并通过与实验数据对比发现其精确度均较高。

液态铁基合金中氮溶解度的影响因素

从温度、压力、合金成分3个方面研究了影响氮在液态铁合金中溶解度的热力学因素,发现合金钢成分合适时,增大系统的氮气分压可以明显地提高氮的溶解度。同时,提出了利用铬当量法预测铁合金中氮溶解度的理论方法。

碳铝硅在铁液中对氮溶解速率的影响

通过15N-14N同位素气体交换技术消除液相传质的影响,利用在线质谱分析仪测定了在1873 K下,铁液中氮溶解的界面反应速率常数.结果表明,总流量为600~800 mL·min^−1时可以忽略气相传质的影响,保护气中增加H2的比例有利于降低钢液中杂质元素的浓度.铁液中加入一定量碳、铝、硅,分析得到这三种元素对氮溶解速率是抑制的.依据本实验的数据利用空位解离模型建立反应速率常数ka与氧、硫、碳、铝、硅的活度关系,吸附系数分别是KO=0.96,KS=9.32,KC=0.02,KAl=0.51,KSi=1.16.纯铁液中氮的溶解反应表观速率常数为ka=4.8×10^−6 mol·m^−2·s·Pa.

Ni、Cr对钢液表面氮溶解速率的影响

采用氮同位素气体交换技术实验测定了Fe-Cr、Fe-Ni和Fe-Cr-Ni体系在1873 K时的氮溶解反应速率常数,分析讨论了Cr、Ni含量对氮溶解反应速率常数的影响,并计算获得了Cr和Ni的吸附系数。结果表明,随着钢液中Cr和Ni含量的增加,表面氮的溶解反应速率常数增大。在Fe-Cr-Ni体系中,Cr的吸附系数为-0.01,Ni的吸附系数为-0.03,氮溶解速率常数ka与Cr、Ni含量的关系式可表达为kα=4.53×10^-6/1(1-0.01[%Cr]-0.03[%Ni])2.

不同厚度降解地膜对坡耕地溶解态氮磷流失的影响

[目的]为探究降解地膜覆盖对径流及溶解态氮磷流失的影响。[方法]利用野外原位径流小区,以覆膜垄作花生种植为研究对象,设置0.003 mm厚聚乙烯普通地膜覆盖处理(PF)和厚度为0.006 mm(BF1),0.008 mm(BF2),0.010 mm(BF3),0.012 mm(BF4)的降解地膜覆盖处理及未覆膜处理(CK),测定不同处理在自然降雨条件下的径流量及径流中铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、速效磷(PO_(4)^(3-)-P)浓度,分析不同厚度降解地膜覆盖条件下径流及养分流失特征。[结果](1)降解地膜降解所需时间随地膜厚度的增加而增加。(2)各处理的累积径流量由小到大为BF1<BF2<BF3<PF<CK<BF4,BF1与BF4之间差异显著(p<0.05)。(3)与CK相比,各覆膜处理均能不同程度减少氮磷累积流失量。其中,BF1处理对NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N流失量的削减效果较好,而BF2处理对PO_(4)^(3-)-P流失量的削减效果较好。(4)在5个覆膜处理中,BF4处理的NO_(3)^(-)-N和PO_(4)^(3-)-P流失量最高,而BF3处理的NH_(4)^(+)-N流失量最高。[结论]研究结果可为防治覆膜坡耕地水土及养分流失、解决农业面源污染等问题提供理论基础,对绿色农业发展和生态可持续发展具有重要意义。

配施紫云英对不同类型水稻土溶解性有机碳氮淋溶及损失的影响

为探讨配施紫云英对不同类型稻田土壤溶解性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)和溶解性有机氮(Dissolved organic nitrogen,DON)含量的影响程度,阐明稻田土壤DOC和DON的淋溶特性,本研究以亚热带3种典型水稻土(黄泥田、灰黄泥田和灰泥田)为研究对象,通过田间试验,探讨等氮磷钾条件下单施化肥(CK)和紫云英配施化肥(cmv)处理对不同水稻土DOC和DON的动态变化、淋溶特性及损失的影响。结果表明,不同土壤类型水稻土DOC和DON的淋溶特性有所不同。3种供试水稻土中,灰泥田水稻土DOC淋溶损失量最大,其CK处理DOC淋溶损失量较灰黄泥田和黄泥田分别显著提高24.09%和72.15%,cmv处理淋溶损失量较灰黄泥田和黄泥田分别显著提高16.53%和40.55%;而黄泥田水稻土DON淋溶损失量最大,其CK处理淋溶损失量较灰黄泥田和灰泥田分别显著提高18.93%和37.01%,cmv处理3种不同类型水稻土DON淋溶损失量无显著差异。配施紫云英可显著降低水稻土DON的淋溶损失量,每季水稻中cmv处理黄泥田、灰黄泥田和灰泥田DON淋溶损失量较CK处理分别降低了24.67%、14.88%和13.54%;黄泥田cmv处理DOC较CK处理提高了19.19%,而灰黄泥田和灰泥田2种施肥处理无显著差异。供试稻田中DOC和DON在土层间的淋溶具有一定的延迟性,且DOC的延迟时间大于DON。灰色关联分析表明,在土壤性质中有机质是影响水稻土DOC淋溶损失的重要因素,孔隙度是DON淋溶损失的重要影响因素。不同类型水稻土DON的淋失早于DOC,且DON在黄泥田中淋溶损失较高,而DOC在灰泥田中淋溶损失较高;在等氮磷钾的条件下,配施紫云英可减少水稻土DON的淋溶损失,而低肥力水稻土DOC的淋溶损失量有所增加。

溶解有机氮组分对莱州湾硅藻-甲藻演变的影响及其动力学研究

本文针对莱州湾硅藻向甲藻优势种群演替的潜在问题,设置岸基培养实验,研究溶解有机氮(DON)及其亲水和疏水组分在不同氮磷比条件下对浮游植物群落结构的影响。结果表明,初始无机态氮磷营养盐浓度不受限实验条件下,硅藻(菱形藻(Nitzchia spp.)、扁面角毛藻(Chaetoceros compressus)等)因更强的溶解无机氮(DIN)亲和力(吸收速率常数/半饱和常数)而成为优势藻;高氮磷比和疏水性DON实验条件下,甲藻(塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense))因对DON具有更强的亲和力而在培养后期演变为优势藻。三维荧光光谱和酶活性分析表明,高腐质化指数(HIX=1.17)的DON疏水性组分含有较高占比的类腐殖质C峰(27.0%)和M峰(16.1%),以及高氮磷比条件下DON微生物降解速率慢等原因,是促进甲藻以DON类腐殖质组分为氮源生长的内在原因;而高生物指数(BIX=1.29)的DON亲水组分含有高占比的类蛋白质吸收峰T1峰(42.5%)和B峰(33.6%),以及低氮磷比条件下DON微生物降解速率快等原因,是促进硅藻以DON类蛋白质组分为氮源生长的内在原因,这也反映在硅藻高活性表达的类氨酸氨肽酶上。

一种鸡粪来源溶解有机氮在天然海水中不同降解阶段生物可利用性及其组分结构特征

陆源溶解有机氮(DON)是近海环境中的重要氮来源,对海洋生态系统的影响与自身生物可利用性、组分和结构有关。如何表征DON在天然海水老化过程中不断变化的生物可利用性及其结构特征是难点。以畜禽养殖鸡粪作为DON来源,通过1年的天然海水自然降解实验,测定和表征了不同降解阶段DON的理化参数和光谱特征。结果表明,按培养时间划分的生物可利用组分(BDON)中,易利用组分(LBDON,0~12 d)、半易利用组分(HLBDON,12~80 d)和难利用组分(RBDON,80~365 d)占比分别为51.41%、31.79%和2.63%。其中,LBDON和HLBDON主要是三维荧光色氨酸T组分和土壤富里酸D组分,结构上主要是胺基官能团;RBDON主要是可见光富里酸C1组分,主要包括胺基、羟基、芳基和羧基/酯基等官能团;而惰性组分(RDON)主要是三维荧光紫外区富里酸A组分和类腐殖酸E组分,结构上主要包括炔基、芳基和羧基/酯基等。RDON较BDON在芳香性、疏水性和腐殖化指数上均显著升高,分别升高了89.8%、86.5%和39.2%。研究结果有助于深入理解海洋中陆源DON的生物可利用性及其生态效应。

膜进样质谱仪法在测量水体中过饱和溶解氮气的应用研究

高坝泄洪会导致水中溶解气体过饱和,使鱼类患气泡病甚至死亡。为探究大坝泄洪条件下,真实水体中的过饱和溶解氮的生成及其随泄洪条件的时空变化规律,利用膜进样质谱仪开展向家坝水电站泄洪条件下溶解氮的测量。结果表明,野外条件下采样运输过程中溶解气体的释放损失,导致膜进样质谱仪测量得到的溶解氮含量比通过利用总溶解气体和溶解氧的现场实测值计算得到的溶解氮含量低;利用质谱仪测量得到的溶解氮测值与总溶解气体测值之间同增的趋势性较好,但溶解氮测值与溶解氧测值之间相关关系较差。总结下来,向家坝电站泄洪导致坝下溶解氮、溶解氧和总溶解气体均达到过饱和,溶解气体饱和度在横向上基本均匀分布;受上游溪洛渡泄洪影响,向家坝坝前仍保持一定程度的溶解气体过饱和,并在垂向上表现出不均匀分布;泄洪生成的溶解气体饱和度随泄洪流量的增大而增大。为保证测量精度,建议原位开展测量,避免采样后长距离运输造成溶解气体的损失;在测量条件不满足的情况下,建议测量总溶解气体和溶解氧后进行溶解氮值换算。

氮在Fe-Cr-Mn合金体系中的溶解度计算模型

基于前期的研究成果和规则熔体模型,建立了氮在Fe-Cr-Mn合金体系各相中氮溶解度计算模型.对18Cr-18Mn合金体系的计算结果表明,随着氮分压的增加,氮在各相中的溶解度增加,而且δ铁素体相区逐渐减小甚至消失,因此提高氮分压可避免合金体系在凝固过程中形成气孔.适当提高合金体系中奥氏体形成元素的含量,在合金体系凝固过程中氮溶解度较小的δ相区减小甚至消失,因此可减小氮在其凝固过程中的析出趋势.该模型的计算结果与前人的研究结果吻合得较好.

旱季污水处理厂污水中溶解性有机质特征及其与氮素关系

针对市政污水处理厂污水中溶解性有机质(DOM)变化及其与氮素可能存在的相互影响关系,采用三维荧光光谱结合平行因子分析以及相关性分析,以西南某市旱季市政污水处理厂为研究对象,探究DOM荧光组分随工艺单元的变化规律及其与氮素转化的相关性。结果表明:1)市政污水处理厂水体DOM主要由4个荧光组分组成,即类蛋白质组分C1(类酪氨酸)、C2(类色氨酸)和类腐殖质组分C3、C4。污水处理厂进水以类蛋白质组分为主,该组分占总荧光强度比例的平均值为66.5%,其中C1含量较高,其荧光强度占类蛋白质组分比例的平均值为54.6%。最终出水则以类腐殖质组分为主,该组分占总荧光强度比例的平均值为71.7%,而出水的类蛋白质组分中C2含量较高,其荧光强度占类蛋白质组分比例的平均值为99.8%。2)随处理工艺流程的进行,DOM的荧光强度基本呈现逐渐降低的趋势,尤其是C1在工艺流程中荧光强度逐渐趋于0;而类腐殖质组分相对稳定,不随处理流程的进行而变化。3)污水处理厂生物处理单元之后DOM的荧光指数(FI)均大于1.9,表明DOM以转化为自生源为主。4)污水处理厂工艺流程中NH_(4)^(+)-N和溶解性总氮(DTN)与C1组分和腐殖化指数(HIX)之间有良好的相关性,采用多元回归方式可有效预测工艺流程中NH_(4)^(+)-N和DTN的浓度。建议污水处理厂可根据DOM光谱性质与氮素(NH_(4)^(+)-N和DTN)之间的大量数据建立普适模型,对尾水的排放和受纳水体中氮的变化趋势进行预测。

氮在液态铁合金中溶解度的影响因素

由于高氮钢特殊的优异综合性能,使其在许多领域得到了应用。本文从压力、合金成分、温度三方面研究了影响氮在液态铁合金中溶解度的热力学因素。发现在设计了合适的合金钢成分后,增大系统的氮气分压可以明显地提高氮的溶解度,同时提出了利用铬当量法预测铁合金中氮溶解度的理论方法,从而为我国高氮钢的大规模生产提供理论依据。

渤海莱州湾沉积物-水界面溶解无机氮的扩散通量

为了解不同条件下沉积物中有机物对水体无机氮的贡献，采用野外采样和现场培养法，在１９９７－０５和１９９７－０７莱州湾２个航次进行了沉积物－水界面营养盐扩散通量的实验研究，ＮＯ－３和ＮＨ＋４的扩散通量分别为０．０３８—３．６５ｍｍｏｌ／（ｍ２·ｄ）和０．９６—２．５２ｍｍｏｌ／（ｍ２·ｄ）．培养结果说明充氮或充空气与加氯化汞或不加氯化汞对沉积物－水界面溶解无机氮的扩散通量没有明显影响．莱州湾底部营养盐的扩散通量与其它地区比较处于中等偏上水平．

环渤海三省一市溶解态无机氮容量总量控制

对溶解无机氮（DIN）容量总量控制实施的具体原理和方法进行了研究。1979～2005年渤海DIN排海通量总体上呈“N”形变化趋势,年均入海通量34×10^4t/a。基于多介质海洋环境中的迁移-转化箱式模型,推算出在Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类海水水质标准下渤海DIN极小海洋环境容量分别为（22,29,38,47）×10^4t/a。分配容量优化结果表明,在在国家Ⅰ类、Ⅱ类海水水质标准条件下,2010年辽宁、河北、天津和山东三省一市DIN排放量均超过其最大允许排放量,均需不同程度的削减,平均削减预计排放量的37%和29%。

淡水湖泊水体中溶解有机氮测定方法的对比

溶解有机氮(Dissolved Organic Nitrogen,DON)是天然水体中氮的重要组成部分,目前研究相对很少．本文对淡水中测定DON的两种常见方法即过硫酸钾湿氧化法(Persulfate Oxidation,PO)和高温催化氧化法(High Temperature Cata- lytic Oxidation,HTCO)进行了对比研究．结果表明:两种方法各有特点,湿氧化法相对较为理想．湿氧化法对不同氮标准化合物的回收率较高,平均为96．0±3．0％以上(杂环氮化合物除外);对湖泊淡水样品,用PO法测定溶解有机氮的相对标准偏差范围为6．2％-12．5％．高温催化氧化法对不同氮标准化合物的回收率较低,平均为68．4±13．6％,需作进一步条件优化．

溶解无机氮在胶州湾沉积物-海水界面上的交换速率和通量研究

应用实验室培养法测定了溶解无机氮(DIN)在胶州湾16个站位沉积物-海水界面上的交换速率.结果表明,NH+4-N,NO-2-N和NO-3-N的交换速率一般分别在-0.5～1.6,0.005～0.67,-2.0～2.8 mmol/(m2@d)范围内.由于间隙水中DIN主要以NH+4-N形态存在,DIN在胶州湾沉积物-海水界面上的交换以NH+4-N的扩散为主,在大部分站位表现为由沉积物向水体的释放,NO-3-N主要来自NH+4-N的硝化反应,而NO-2-N是NH+4-N和NO-3-N之间化学转化过程的中间产物.考虑胶州湾沉积物类型,DIN在胶州湾沉积物-海水界面上的交换通量为9.68×108mmol/d,是河流输入DIN的50%左右,可提供维持胶州湾初级生产力所需DIN的52%.