由乙烯焦油制备锂离子电池负极材料用碳质前驱体的氧化反应机理与反应动力学

为了得到优质的碳质前驱体,研究了乙烯焦油在空气中的氧化反应机理及其反应动力学,并制备出高软化点沥青应用于锂离子电池负极石墨材料的包覆改性。根据热重曲线将乙烯焦油的氧化过程分成350−550、550−700和700−900 K三个阶段,并采用质谱和红外技术对不同反应温度下的尾气成份进行在线分析以揭示乙烯焦油在空气中的氧化反应机理。根据不同反应温度下乙烯焦油与氧气的热失重曲线,整个反应过程被分为4个阶段,进一步利用Coats-Redfern等转化率法分析17种常用反应动力学模型与实验数据的拟合度,筛选出最适宜表达乙烯焦油与氧气的反应动力学模型。结果表明:(1)在乙烯焦油的氧化过程中,芳香化合物的支链先与氧气反应生成醇类、醛类小分子化合物和含有过氧自由基的芳香化合物,然后含有过氧自由基的芳香化合物进行热缩聚反应形成分子量更大的芳香族化合物;(2)可采用四级反应模型描述乙烯焦油的前3阶段反应动力学,活化能分别为47.33、18.69和9.00 kJ·mol^(−1);可采用三维扩散模型描述第4阶段的反应动力学,其活化能为88.37 kJ·mol^(−1)。(3)经所制沥青包覆改性后,石墨负极循环300圈后的容量保持率由51.54%增长为79.07%。

碳质材料活化过硫酸盐去除水中微污染物的研究进展

过硫酸盐高级氧化体系(SR-AOPs)可有效去除微污染物(MPs),但对催化剂的要求较高。碳质材料(CMs)具有独特理化性质,可作为SR-AOPs体系的新型催化剂。综述了生物炭(BC)、石墨烯基材料(GBMs)、碳纳米管(CNTs)的制备方法及其协效SR-AOPs体系催化氧化的反应机理及其去除MPs的研究。杂原子掺杂、含氧官能团的引入是提高GBMs及CNTs催化性能的主要手段,在纳米尺度上精确控制杂化材料的结构可实现性能优化。在CMs/SR-AOP中引入膜技术、电化学技术和光催化技术等将有望推动净水技术的发展。

碳质金精矿与氰化尾渣协同焙烧—磁选富集分离金铁研究

针对碳质金精矿含碳量高导致金浸出率低和氰化尾渣含铁量高,造成资源浪费的问题,提出了碳质金精矿与氰化尾渣协同焙烧—磁选技术,分离并回收金、铁。研究结果表明,在碳质金精矿与氰化尾渣质量比为1∶1、焙烧温度为800℃、焙烧时间为60 min、碳酸钙质量分数为10%、磨矿细度为-0.074 mm占90%、磁场强度为0.20 T的条件下,平均金浸出率为82.47%,铁精矿铁平均品位为60.15%、平均铁回收率为75.58%。在焙烧过程中,碳质金精矿中碳质物、黄铁矿作为还原剂将氰化尾渣中赤铁矿还原为磁铁矿,降低了碳质物的“劫金”作用和黄铁矿对金矿物的包裹,对氰化尾渣中铁矿物进行回收的同时,也显著提高了金浸出率。该方法一举实现了碳质金精矿和氰化尾渣的综合回收利用,成本低廉、工艺简单,为碳质金精矿资源的综合利用提供了新思路。

碳质高砷硫化物包裹多重难处理金矿热压氧化-氰化试验

对某碳质高砷硫化物包裹多重难处理金矿进行了以热压氧化—氰化为主体工艺的试验。结果表明:原矿全硫浮选—浮选精矿常规热压氧化—氰化金浸出率仅76.2%,采取了氧化渣脱碳、原矿预脱炭及硫砷分选等措施,均难以提高金回收率。热压氧化渣采用中温焙烧预处理再氰化,可较彻底地消除有机碳的影响,金浸出率达到94.7%,且焙烧过程有害组分砷几乎不会进入气相,焙烧-氰化渣与热压氧化液中和渣混合后的毒性浸出结果满足一般固废要求。

NWA 13943(CK5型)碳质球粒陨石的矿物岩石学和稳定同位素组成研究

CK型陨石是一类高度氧化的碳质球粒陨石,金属/磁铁矿的比值接近零.与其它类型的碳质球粒陨石(岩石类型:1-3)不同,大多数CK型陨石在母体上经历了强烈的热变质过程(550-1270K),以4-6型为主.多项证据表明,CK和CV3型陨石具有成因联系.但是,两者在岩相结构和化学组成方面仍存在微小差异.因此,精细地区分和比较两者的地球化学特征对于验证CK-CV单一母体假说非常重要.Northwest Africa(NWA)13943是一块新发现的陨石,经历过较强烈的热变质作用.利用扫描电子显微镜和电子探针,确定了NWA 13943的岩石类型.并运用质谱分析技术,重点测定了NWA 13943陨石的全岩氧同位素和铬同位素组成.综合岩石结构、矿物化学成分、氧同位素异常(△^(17)O,△代表同位素分馏值)和铬同位素异常(ε^(54)Cr,ε表示样品中的同位素比值与标样中的同位素比值的相对偏差的10^(4)倍),CK和CV型陨石的母体可能形成于原行星盘中两个相似但不同的化学源区.

蛇纹石化环境非生物成因固态碳质物研究

超基性岩的蛇纹石化是一种广泛存在的地质过程,在蛇纹石化环境中无机碳可以通过化合形成甲烷等非生物成因有机物,为化能自养生物提供初始能量。近年来,超基性岩及蛇纹岩中发现了固态碳质物(condensed carbonaceous matter,CCM),其中包含无机成因的复杂有机物,可能反映其在生命起源过程中扮演了重要角色。本文介绍了蛇纹石化过程形成的固态碳质物(CCM)的定义、发现过程及赋存特征,并对其形成机制、形成环境的制约因素、无机来源判别等进行了讨论。固态碳质物的形成可能与超基性岩蛇纹石化作用及费托反应有关。它常与铁氧化物或皂石等特定矿物形成共生组合关系,这不仅是其无机化合成因的证据,同时也证明了特定矿物对固态碳质物产生的催化作用。此外,流体中的H_(2)和CO_(2)的比例也会影响固态碳质物的化学组成,纳米孔隙被认为有利于其形成。但是,固态碳质物具体的形成过程及其与甲烷等无机成因简单有机物的相互关系目前尚不清楚,这应是今后的一个重要研究方向。

甘肃阳山金矿区碳质千枚岩地层井故分析及预防

甘肃阳山金矿区主要赋矿地层为碳质千枚岩、钙质千枚岩、硅质灰岩等,其中以碳质千枚岩施工难度最大。碳质千枚岩结构为沉积层理,主要矿物为伊利石和高岭石,强度低、节理裂隙发育、遇水软化,其间有石英颗粒夹层,易破碎,在钻探施工过程中极易引发井故,且处理成功率极低。总结了矿区近年来在碳质千枚岩地层中钻进所遇井故的特征,从地层、人员、设备等3方面分析了井故诱因及处理困难的原因,提出了预防措施及处理要点:通过调节泥浆性能,增强泵的排砂能力改善孔内环境,保持钻机、钻杆、接手状态维持设备性能良好,可有效减少井故发生频率;针对孔壁垮塌、断钻、卡钻、埋钻,以快速处理为原则,采用灌水泥、导斜的方法绕过事故头,可大幅减少经济损失,缩短井故时间。

过热水蒸气作用下碳质页岩纳米孔隙结构演变规律研究

对流加热方式下碳质页岩纳米孔隙结构的演变是探明煤系烃源岩原位热解油气产出机理的关键。为此,基于烃源岩过热水蒸气热解平台,联合低温N2吸附技术,研究了不同过热水蒸气温度下页岩纳米孔隙结构的演变规律。结果表明:随着过热水蒸气温度的升高,碳质页岩纳米孔隙体积和比表面积呈现先降后升的变化规律,而平均孔径呈相反的变化趋势,300℃时孔体积和比表面积最低,550℃两者最高,小于10 nm孔隙数量的增多是高温段页岩比表面积和孔体积提高的主要原因。过热水蒸气热解作用下碳质页岩纳米孔隙的演变可划分为5个阶段。有机质热解生烃、无机矿物的溶蚀和分解、黏土矿物转化的综合作用控制了每个阶段纳米孔隙的演变特征。

不同类型的固体废弃物碳质材料对壬基酚生物降解的影响

为探讨碳质材料(CMs)对疏水性有机污染物(HOCs)吸附和降解的影响,通过壬基酚(NP)浓度变化和相对降解率的计算,研究不同来源的碳质材料添加对NP生物降解过程的影响。结果表明,由水稻秸秆、竹屑等种植业固体废物制备的CMs对NP降解促进的效果最明显,竹碳效果尤其好;其次是由养殖业固体废弃物(鸡粪)制备的CMs,而由工业固体废弃物制备的CMs效果最差,其中污泥碳尤其差。九种CMs相比,随着添加量的增加,各类CMs对NP降解的影响不同;酸洗前后的竹碳(PBP和PBC)对NP降解的促进作用随着添加量的增加逐渐明显;而污泥碳等工业固体废弃物制备的CMs则起到了抑制作用;其余的CMs在NP降解过程中都存在一个适宜的添加量,促进微生物降解。

云南哀牢山金矿带镇沅超大型造山型金矿床碳质物特征及其成矿意义

哀牢山金矿带位于三江特提斯造山带的东南部,发育有一系列大型-超大型造山型金矿床,并广泛发育碳质物,但碳质物在金矿成矿过程中的作用还尚不明确。为了确定碳质物在金矿化过程中所扮演的角色,本研究以哀牢山金矿带镇沅超大型造山型金矿发现的不同种类的碳质物和共生黄铁矿为研究对象,对其进行了岩相学、拉曼光谱、傅里叶红外光谱、碳同位素和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析,研究结果表明镇沅金矿中有3类碳质物:CM1、CM2和CM3。CM1呈深灰色不规则形态,拉曼光谱分析显示CM1具有低强度、宽的D1带和高强度、窄的G峰,D2峰较明显,计算显示其形成温度为172~200℃,低于成矿温度(250~330℃)。此外,傅里叶红外分析结果表明CM1石墨化程度低,含较少的CH键和C=O键,表明其未经历热液蚀变。碳同位素分析显示CM1样品的δ^(13)C值为-26.46‰~-26.89‰。与CM1空间上共生的黄铁矿(Py1)呈草莓状分布于碳质板岩中,LA-ICP-MS结果表明Py1的Co、Ni、Zn、Mo、Te元素含量高;CM2呈灰色细长沥青状,拉曼光谱分析显示CM2的D1峰和G峰较CM1更为尖锐,面积近似,且D2峰的光谱分峰程度很低,计算显示其形成温度为358~463℃,高于成矿温度。傅里叶红外分析结果显示,CM2石墨化程度高,在2925 cm^(-1)和1705 cm^(-1)处有明显的谱峰,含有较多的CH_(2)+CH_(3)、C=O和C=C键。CM3呈灰色细小颗粒状,拉曼光谱分析显示CM3的光谱特征与CM1的相似,但CM3的D2峰具有独立的峰段,计算显示其形成温度为258~322℃,与成矿温度一致。碳同位素分析显示CM3的δ^(13)C值为-9.09‰~-14.12‰。与CM3空间上共生的黄铁矿(Py2)呈自形分布于含金石英脉中,LA-ICP-MS结果表明Py2的As、Au元素含量高。综合以上结果,笔者认为CM1来源于有机质,形成于碳质板岩的早期成岩阶段,属于变质成因,与其共生的Py1形成于成岩期,属于沉积成因的黄铁矿。CM2的形成温度高于成矿温度,也为变质成因。CM3源于成矿流体,形成于围岩中的含铁矿物和成矿流体发生反应,属于热液成因,而Py2与CM3从流体中同时沉淀。其中CM1和CM3在金矿化过程中起到重要的作用。CM1作为还原剂能够有效和成矿流体中金的硫氢络合物发生水岩反应促使金的沉淀,而CM3在硫化过程中和Py2共同沉淀导致成矿流体中H_(2)S的大量消耗,进一步破坏了金的硫氢络合物稳定性,导致金沉淀和再富集。

汾河平原城市秋冬季PM_(2.5)中碳质组分特征及来源解析

碳质组分是PM_(2.5)中的重要组成部分,对气溶胶辐射强迫、全球温室效应、能见度和人体健康等方面都有重要影响,因此对其特征及来源进行分析具有重要意义.本研究以汾河平原城市为研究对象,采集2020年11月—2021年1月PM_(2.5)样品,采用热/光分析仪分析PM_(2.5)中的碳质组分,并通过PMF模型对该地区碳质组分的来源进行解析.结果表明,采样期间PM_(2.5)浓度较高的为晋中(82.1μg·m^(-3)),运城(79.6μg·m^(-3))和临汾(74.4μg·m^(-3));有机碳(OC)浓度较高的为运城(11.2μg·m^(-3))和临汾(11.0μg·m^(-3)),元素碳(EC)浓度较高的为晋中(6.0μg·m^(-3))和运城(4.7μg·m^(-3)).各城市二次有机碳(SOC)浓度较高的为运城(3.0μg·m^(-3)),三门峡(2.5μg·m^(-3))和临汾(2.5μg·m^(-3)),但三门峡(40.3%)和吕梁(32.4%)的SOC占OC比例较高.相关性分析表明,采样期间汾河平原城市的OC、EC和SOC与污染物SO_(2)、NO_(2)和CO浓度呈显著正相关,说明采样期间汾河平原城市受到燃煤、工业以及机动车排放的影响.源解析结果显示,汾河平原城市碳质组分主要污染源的贡献最大为燃煤源(25.5%),其次是柴油车排放源(22.5%)、汽油车排放源(22.3%)和扬尘源(18.3%),生物质燃烧源(11.4%)贡献最小.燃煤源是汾河平原城市碳质组分的主要贡献源,是该地区的重点管控源;此外机动车对汾河平原城市碳质组分的影响不容小觑,尤其是柴油车.本研究从浓度特征、城市变化及来源解析等方面揭示了汾河平原各城市碳组分的污染特征和污染来源情况,为在区域层面对PM_(2.5)的控制提供了数据支撑和管控思路.

湖北某低品位含碳质金矿碱性加压预氧化—氰化浸出试验研究

湖北某尾矿金品位0.325 g/t,含碳0.49%,属典型低品位含碳质金矿。工艺矿物学表明,矿石中主要矿物组成为石英、高岭石和伊利石,79.59%的碳质分布于有机碳中。采用直接氰化浸出、表面钝化—氰化浸出、竞争吸附—氰化浸出、化学氧化预处理—氰化浸出等浸出工艺,金浸出率均不足20%。劫金性能试验表明,该尾矿劫金指数为1.462 g/t,属于中劫金类金矿,使用碱性加压预氧化工艺能大大降低碳质的劫金效应,提高氰化浸出金浸出率。在磨矿细度为-0.074 mm占比80%,氧分压为1 000 kPa,液固比2∶1,氢氧化钠用量为5%,加压预氧化时间为6 h,搅拌速度为200 r/min的条件下进行碱性加压预氧化—氰化浸出,金浸出率达到64.15%。

南京市城区和郊区PM_(2.5)中碳质组分特征差异及来源分析

为比较南京市城区和郊区细颗粒物(PM_(2.5))中碳质组分特征及来源差异,利用碳组分在线监测仪器对2022年城区和郊区有机碳(OC)和元素碳(EC)进行连续监测。研究结果表明:(1)2022年南京市城区OC、EC质量浓度分别为(5.24±2.39),(1.27±0.62)μg/m^(3),郊区OC、EC质量浓度分别为(5.67±2.45),(1.32±0.70)μg/m^(3)。2022年OC和EC质量浓度水平分别较2014—2018年均显著下降。城区和郊区的OC、EC质量浓度均呈现冬季高、夏季低的特点。从日变化特征看,城区和郊区OC和EC质量浓度均呈现白天低、夜间高的特点,并且具有明显的峰谷值。(2)城区和郊区OC、EC均在冬季呈现良好的相关性,显著高于春季和夏季。根据碳质组分与气态污染物的关系以及ρ(OC)/ρ(EC)分析结果,城区和郊区均存在二次污染,机动车和燃煤是城、郊区的主要污染源,机动车源对城区影响大于郊区,燃煤源对郊区影响大于城区。(3)污染源的直接排放对南京市OC的质量浓度水平影响较大,郊区二次有机碳(SOC)质量浓度高于城区。城区需要重点关注机动车排放,郊区需要与周边区域协同治理燃煤、生物质燃烧等方面的污染排放。

边坡碳质板岩原位剪切试验研究

岩石的参数是分析滑坡区稳定性状况的重要基础条件,以包钢巴润矿业滑坡区为工程背景,对主要由黑云母碳质板岩组成的松散岩体边坡进行稳定性研究。采用现场原位剪切试验、理论计算与数字图像处理技术相结合的方法,拟合原位剪切试验结果;基于最小二乘法确定现场岩体内摩擦角与黏聚力,分析原位剪切试验的节理面数字三维形貌,通过分形维数实现剪切结构面复杂程度的定量表征。结果表明,原位试验过程中,在0~1 MPa法向应力下得到的剪切应力,拟合优度为0.98;而文献[14]研究法向应力在3~14 MPa情况下的4组试验得到的剪切应力,拟合优度为0.75;剪切后的岩体在样品垂直方向120~240 mm产生剪切结构面,结构面发生剪断破坏的同时,伴随有剪胀破坏;剪切结构面形貌复杂程度较大,分形维数数值为1.68。原位剪切试验与图像形貌数学分析思路为现场岩体的物理力学参数预测与定量表征提供重要参考。

碳质金矿高收率氰化冶炼工艺分析

基于以往在碳质金矿冶炼中常见的氰化技术,能够冶炼的易选金矿石已经出现了枯竭现象,需要转移到难处理金矿资源中进行挖掘,因此适应碳质金矿特性,本文设计了全新的焙烧-氰化工艺方式对金矿进行浸取。通过实验发现,需要对焙烧温度、时间以及氰化钠用量、浸泡时间等进行精准的设定,才能够达到较高的碳以及硫的脱除率,从而形成更为良好的碳质金矿高收率表现。

山东省莱阳市牛百口地区石墨矿地质特征及碳质来源分析

山东省是我国重要的石墨矿成矿区,晶质石墨主要成因类型为区域变质型,产于古元古代荆山群陡崖组徐村段中。牛百口矿区与西徐格庄、大梁子口、山前夼、吕格庄等石墨矿均产于荆山群陡崖组,具有明显的层位控制,且具有一定的连续性,沿荆山背斜呈NE向发育,矿体规模整体较大,具有较好的找矿远景。通过对胶东地区荆山群中石墨矿的碳同位素数据汇总分析,认为石墨的碳质来源为有机质的原生沉积,区域变质作用导致大理岩中石墨与碳酸盐发生碳同位素交换,含碳流体混合岩化作用导致片麻岩中石墨与流体发生同位素交换,碳同位素分馏作用导致石墨δ^(13)C值偏轻,无机碳δ^(13)C值偏重,分馏过程未发生化学变化。因此,胶东地区荆山群石墨矿的碳质来源应为有机质,同类型的牛百口矿区石墨矿碳质来源应为有机质。

富碳质地质样品Re-Os同位素体系研究进展

Re-Os同位素定年技术在富有机质沉积岩、低变质沉积岩、湖相沉积物、煤、油气藏样品等富碳质地质样品的尝试和成功应用,使其成为直接厘定地层沉积时代、重大地质事件发生时限和机制、古环境重建、油气藏直接定年、油气演化过程推演等研究的关键技术手段。然而,受到富碳质地质样品中极低的Re和Os丰度、采样方式以及地质作用等因素的影响,很多样品的Re-Os等时线年龄和初始Os同位素比值精度超过10%,不能有效地评价海水Os的真实来源和地质作用程度,影响了对不同沉积体系及油气演化过程中Re和Os的化学行为和Re-Os等时线年龄地质意义的理解。由此,本文从富碳质地质样品的Re-Os化学行为和地质应用进展出发,对富碳质地质样品Re-Os同位素分析过程中的采样和取样方式、溶样方法、分离富集方式和标准物质选择四方面进行了总结和完善。指出以沉积速率为采样间距参考,通过预处理方式提高样品的均匀性,使用流程空白更低、对同位素分馏影响更小的溶样方法和分离富集方式进行Re-Os同位素分析,以基质匹配的地质标样进行数据监控可进一步提高样品Re-Os同位素分析质量,有助于不同类型富碳质地质样品Re和Os赋存机制研究、Re-Os同位素分析技术开发及地质应用拓展。

碳质材料载体对微生物的固定化作用及其在环境污染控制中的应用

微生物的生物吸附和生物降解作用因具有高效低毒、特异性强、环境友好、价格低廉、易于工业化生产等特点而成为治理环境污染物的重要发展方向。然而,在实际生产中直接应用游离微生物常常受限于环境因素导致的微生物活性下降以及由此造成的生物修复效率降低的难题。微生物固定化技术通过吸附、包埋和交联等方式将微生物限定在适宜的载体空间内,可以有效提高微生物的环境抵抗力和代谢活性。载体作为影响固定化微生物活性和生物量,进而制约微生物固定化技术成功实施的关键因素,加强碳质材料包括生物炭、活性炭、碳纳米管和石墨烯及其衍生物等的微生物固定化载体的开发成为具有广阔前景的研究方向。相比于其他载体材料,碳质材料载体具有高稳定性、不溶性、高机械强度、良好的孔隙度、较大的比表面积和可以修饰调节的表面功能,有利于微生物在材料表面附着和生长以及在其内部繁殖和发育,为承载微生物奠定了良好的基础,已被广泛应用于环境保护、生物制药、农业生产、食品工程等领域的环境污染物去除和以促进生产为目的的实践应用中。综述了生物炭、活性炭、碳纳米管和石墨烯及其衍生物作为固定化微生物载体的实践中的应用效果,分析了碳质材料在固定化微生物中的优点与不足,指出了碳质材料作为固定化微生物载体应用的未来潜在的研究方向,以期为在微生物固定化技术中全面了解和使用碳质材料提供参考。

碳质金矿真空焙烧预处理过程的动力学研究

为了研究碳质金矿真空焙烧预处理过程中反应动力学规律,利用阿伦尼乌斯方程计算了碳质金矿真空焙烧过程的活化能和指前因子,并明确了不同阶段的反应动力学模型。试验结果表明:在碳质金矿真空焙烧过程中,温度是控制反应速率的关键因素。温度越高,矿石质量损失率越大。焙烧过程分为0~60 min和60~120 min 2个阶段,分别受界面化学反应控制和扩散控制。第二阶段的表观反应活化能显著低于第一阶段,这表明焙烧过程的热分解反应和质量损失主要发生于第二阶段。

疏水磁多孔Fe_(3)O_(4)@碳质纳米微球用作酸碱协同催化的性能

采用水热自组装和表面接枝法制备了具有核-壳式结构的Fe_(3)O_(4)@P-C-SO_(3)H-N纳米材料。其内核由纳米Fe_(3)O_(4)构成,外壳由多孔磺酸基功能化的碳质结构组成,氨基硅烷与碳质表面的有机基团通过表面接枝连接,使材料获得以磺酸基为酸中心,以胺基为碱中心的酸碱协同催化活性,同时具备磁性、多孔性和疏水性等多种性能。Fe_(3)O_(4)@P-C-SO_(3)H-N的各项物理化学性质采用BET,XRD,FT-IR,XPS,Raman,SEM和TEM等技术表征。催化活性实验表明Fe_(3)O_(4)@P-C-SO_(3)H-N在三羟基丙烷与正戊酸的酯化反应和三羟基丙烷三戊酸酯与甲醇的液相酯交换反应中具有良好的催化活性,这归因于介孔结构、碳质壳内的磺酸基、表面胺基和疏水性的协同作用,多孔结构促成致密但均匀的表面活性位点的分布,疏水性表面让油性的反应物更容易和活性位点接触。此外,磁性内核提供了超顺磁性能,能够方便纳米催化剂与反应体系的高效分离。