锌灰资源化回收及超临界水热合成纳米氧化锌系统工艺

为了对锌灰进行资源化回收及对其经济性进行分析,将湿法回收工艺和超临界水热合成技术相结合,将锌灰生成价值较高的纳米氧化锌产品,采用Aspen Plus软件平台,建立了完整的系统工艺,并分析了系统运行过程中的物料成本及能耗成本。在硫酸浓度为2 mol·L^(-1)、固液比为1∶8、浸出温度为50℃、浸出时间为2 h、搅拌器转速为300 r·min^(-1)的条件下,锌灰中锌的浸出率达到了95%以上。除杂过程除去了Fe、Al、Ni、Cu等杂质,除杂后的溶液中锌的质量分数达到了97%。利用锌灰浸出液在400℃和25 MPa的超临界条件下,合成了平均粒径为26 nm的纳米氧化锌,晶体结晶度良好,纯度较高。通过与纯物料所合成的纳米氧化锌进行对比,验证了该技术的可行性,显著提升了系统运行的经济性。

超临界水热合成纳米氧化锌的动力学及聚乙烯吡咯烷酮耦合作用机理研究

为了获得超临界水热合成过程中纳米氧化锌的结晶动力学机理及表面改性作用机理,分析了温度、时间驱动下的结晶动力学曲线,获得了纳米氧化锌在成核、生长过程的速率及活化能。同时采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对氧化锌进行原位表面改性,通过分析不同比例PVP和KOH作用下合成的氧化锌形貌,获得了PVP和KOH的耦合作用机理。实验结果表明:纳米氧化锌在成核过程中的活化能为603.06 kJ·mol^(-1),在生长过程中的活化能为63.10 kJ·mol^(-1),在成核阶段比生长阶段消耗的能量更多;在前驱物、KOH、PVP的物质的量浓度比为1∶3∶2时合成了粒径最小的纳米氧化锌颗粒,平均粒径为6.9 nm;当KOH、PVP的浓度比过高时,纳米氧化锌颗粒表面过量的PVP使其成为凝胶类沉积物,形成一种团聚体从而导致合成纳米颗粒的粒径变大。

超临界循环流化床锅炉水冷壁吸热偏差计算及深度调峰水动力特性

超临界循环流化床锅炉在深度调峰过程中受热负荷及质量流速变化的影响容易出现管壁拉裂、超温爆管等安全问题,故有必要对锅炉深度调峰负荷时热偏差系数、水动力特性进行计算研究。该文根据超临界循环流化床锅炉水冷壁及水冷屏结构,建立水动力计算数学模型并运用实炉测量数据计算实炉热偏差系数,对310及110MW负荷实炉热偏差系数进行计算,并采用110MW负荷实炉热偏差系数对120及70MW(深度调峰负荷)的水动力进行计算,将120MW负荷时的出口汽温计算结果与实炉测量数据进行对比验证,对70MW深度调峰负荷水动力计算结果进行分析。结果表明:循环流化床锅炉高低负荷时热偏差系数分布规律不同,在相近负荷时炉膛热偏差系数呈现出一致性,并且锅炉在70MW深度调峰负荷时,锅炉能安全稳定运行。深度调峰负荷时循环流化床锅炉吸热偏差系数及水动力特性的计算研究,为现有火电机组进行灵活性深度调峰优化改造提供一定的理论基础。

超临界水制备MoS_(2)及其在热电池中的电化学性能研究

MoS_(2)是一种典型的具有类石墨烯结构的二维层状材料,高纯MoS_(2)的热分解温度可达800℃左右,表现出极好的热稳定性。选用超临界水体系制备MoS_(2),并对其微观形貌、热稳定性以及作为热电池正极材料的放电性能等方面进行分析。研究结果表明,通过超临界水体系可以制备出花瓣形貌的MoS_(2),并且1T-MoS_(2)组分可占据整个晶相的30.8%,作为热电池正极材料时,表现出优异的电化学性能。

超临界溶剂热合成纳米磷酸铁锂晶体生长机制探究

针对目前超临界溶剂热合成纳米磷酸铁锂(LiFePO_(4))的晶体生长机制及反应参数影响规律尚不明确的问题,采用超临界溶剂热合成方法在340~400℃反应温度下制备了平均粒径为68~85 nm的LiFePO_(4)粉体,表征并分析了产物的晶体结构及粒径等性能,评估了超临界乙醇中纳米LiFePO_(4)晶体生长过程表观活化能及生长机制,并建立了纳米LiFePO_(4)晶体生长动力学。结果表明,纳米LiFePO_(4)在超临界溶剂中的生长过程对其最终尺寸起主导作用,且生长过程受表面反应控制,符合多核控制的二阶生长动力学。纳米LiFePO_(4)产物的电化学性能测试表明,在400℃下获得的样品在0.1 C(C为电池充放电倍率)倍率下的初始放电比容量达到153.5 mA·h/g,放电倍率提高至5 C时容量保持率为68.3%。在340℃反应温度下:所得产物中的杂质(Li_(3)Fe_(2)(PO_(4))_(3)和Fe_(3)(PO_(4))_(2))导致电池出现了严重的极化效应;在高速充放电下,容量严重衰减,5 C倍率容量保持率仅为46.9%。本研究揭示了超临界溶剂热合成纳米LiFePO_(4)晶体的生长机制,可为后续工艺参数优化及工业化应用提供理论支撑。

超临界水热合成制备纳米微粒材料

简述了超临界水热合成法制备纳米微粒材料技术的微粒形成机理、过程基本工艺及目前所取得的研究成果。讨论了未来需要解决的问题。

超临界水热合成法制备TiO_2纳米粉体

采用超临界水热合成法制备TiO_2纳米粉体,研究反应条件包括温度、压力、反应时间对纳米粉体颗粒的粒径大小、形貌及结晶度的影响。结果表明,随着温度从亚临界升高到超临界,TiO_2颗粒粒径急剧减小,且结晶度增大,最终合成10 nm左右结晶度良好的椭球形颗粒。颗粒在26~30 MPa的压力范围内,结晶度随着反应压力的增大而增大,但粉体粒径大小差别不大。在1 min的反应时间内即检测出了TiO_2物相,而在5 min后生成了结晶良好的椭球形晶体,随着反应时间的增加,棒状的颗粒逐渐增多,这是由于发生了溶解-结晶机理。

超临界水热冲击致裂技术研究初探

为了应对复杂敏感环境硬岩破除难的问题,文中提出一种超临界水热冲击致裂技术,以液态水为基液,利用自主研制的本安型聚能剂在水中放热,使液态水吸热转变为超临界态,迅速发生体积膨胀,是一种新型高能流体冲击致裂技术。通过试验验证超临界水热冲击致裂方法的可行性,并通过改变聚能剂配比、聚能剂和水质量比、在水中加入添加剂的方式,探究超临界水热冲击致裂效果及影响因素。研究表明,超临界水热冲击致裂效果与聚能剂剂量、水的成分、用量等有很强的相关性;在水中加入添加剂后,致裂效果得到明显改善,且加入白醋的致裂效果优于加入小苏打。该技术的研发对矿山开采、煤层增透等领域的岩石破碎方案具有重要指导意义和应用前景。

超/亚临界水热合成LiFePO_4材料及其电化学性能

利用间歇式高温高压水热设备在超临界和亚临界条件下合成纯度高、结晶度好的亚微米级LiFePO4颗粒，通过XRD、SEM、充放电测试对LiFePO4的结构、形貌和电化学性能进行表征，并考查反应温度、压力和3种模板剂对制备的LiFePO4材料的结构、形貌及电化学性能的影响。结果表明温度和压力的升高有利于合成较小粒径、均一分布的颗粒，以PVP作为模板剂得到的样品性能最佳，制备的LiFePO4颗粒粒径为200～600 nm，0.1 C和1 C倍率下的首次放电比容量分别为141.2 mAh/g和113.6 mAh/g，1C倍率下循环100次，其容量保持率为96.0%，制备的材料具有优异的倍率性能。

纳米二氧化钛颗粒的超临界水热合成

利用四氯化钛溶液通过超临界水热合成法制备了纳米二氧化钛颗粒,采用X射线衍射(XRD),透射式电子显微镜(TEM)等手段表征了产物的大小、结晶度及形貌。研究了初始反应物浓度、初始溶液pH值对二氧化钛颗粒的大小、结晶度和形貌的影响,并对影响机理进行了讨论。结果表明:在所有的试验中均获得了纳米级的二氧化钛颗粒;在反应温度400℃、压力30 MPa、反应时间5 min、初始四氯化钛溶液浓度为0.05 mol/L的超临界水热合成条件下,合成了平均颗粒粒径为20 nm左右且结晶良好的二氧化钛颗粒,颗粒成椭球形或四边形;当四氯化钛溶液浓度由0.05 mol/L增加到0.1 mol/L,合成的二氧化钛颗粒尺寸变大,且椭球形颗粒数量减小,棒状的颗粒增加;当钛离子和氢氧根离子的浓度比[Ti^(4+)]/[OH^-]由1:0变为1:3,即pH值增加时,颗粒的粒径减小,颗粒的结晶度下降。

粉煤灰为原料碱熔融-超临界水热合成沸石的研究

以粉煤灰为原料,采用碱熔融-超临界水热法合成粉煤灰沸石。考察了碱熔融预处理过程中碱的种类、焙烧温度、碱灰比对粉煤灰活化效果的影响;研究了粉煤灰沸石合成过程中晶化温度、碱液浓度、晶化时间、液固比和硅铝摩尔比等对粉煤灰沸石生成的影响,优化合成条件。结果表明:Na_2CO_3为活化剂,碱灰比为1.2∶1,850℃下焙烧3 h对粉煤灰的活化效果最好;经碱熔融预处理的粉煤灰与水混合在超临界水热条件下可合成钙霞石,且最佳晶化条件为加蒸馏水,液固比为5∶1,晶化温度为400℃,晶化时间为5 min,硅铝摩尔比为2.5∶1。

超临界水热合成法制备磷酸铁锂正极材料的改性研究

利用超临界水热合成法制备了磷酸铁锂(LiFePO_4)纳米颗粒,并通过直接向原料中加入碳源和还原剂考察原位碳包覆和还原效果。结果表明:抗坏血酸和柠檬酸都可有效防止Fe^(2+)的氧化,抗坏血酸的还原效果更优,最佳添加量为5%(wt,质量分数,下同)。多壁碳纳米管具有较好的碳包覆效果,最佳碳包覆量为5%,蔗糖包覆效果较差。将优化条件下添加5%的多壁碳纳米管和抗坏血酸制备的LiFePO_4进行电化学性能测试,在0.1C电流密度下的首次充放电比容量可分别达到134.0和123.0mAh/g,充放电效率为91.79%。

高岭石为原料超临界水热法快速合成类沸石材料及其脱汞性能

基于超临水的独特性能,以高岭石(kaolinite)为硅源和铝源,利用超临界水热合成法(SCHS)合成类沸石材料。在反应温度为400℃时,高岭石与1 mol/L碳酸钠(Na2CO3)溶液、1 mol/L氢氧化钠(Na OH)溶液和2 mol/L氢氧化钾(KOH)溶液在超临界水热条件下,5 min内分别制得方钠石(sodalite)、钙霞石(cancrinite)和钾霞石(kalsilite)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等分析手段,对产品的结构和形态进行表征。并通过脱除废水中汞离子来考察合成的类沸石材料的吸附性能。实验结果表明,钾霞石的吸附效率最高,当吸附剂投入量为6 mg/m L时,其吸附效率可达到50.57%,使废水中汞离子浓度从10 mg/L减少至4.94 mg/L。在同样条件下,方钠石和钙霞石的吸附效率分别为30.49%和31.80%。

连续式超临界水热合成金属纳米微粒的研究进展

介绍了连续式超临界水热合成的基本原理及工艺,着重总结分析了影响纳米微粒性能的关键合成因素及作用规律,包括混合器结构、合成温度、反应停留时间、微粒母体溶液浓度、助剂等,探讨了研究中存在的问题并提出了建议。

孤岛渣油超临界水-合成气中悬浮床加氢裂化反应研究 Ⅰ.催化剂的影响

利用超临界水 合成气为替代加氢氢源对孤岛渣油悬浮床加氢裂化反应进行了研究,设想利用超临界水中发生的水 气转化反应(CO+H2O→H2+CO2)为渣油加氢反应提供氢源,报道了孤岛渣油超临界水 合成气中悬浮床加氢裂化反应催化剂影响的研究结果。结果表明,催化剂在该反应中具有十分重要的作用,加入催化剂可以明显改善加氢裂化产物的分布和裂化反应产物的性质,降低裂化气体和抑制缩合生焦反应的发生。

孤岛渣油超临界水-合成气中悬浮床加氢裂化反应研究 Ⅱ .不同氢源下的加氢裂化反应

为了研究替代氢源加氢的有效性,对孤岛渣油以磷钼酸为催化剂,在不同氢源(CO+H2 H2O、CO H2O、H2 H2O、H2)中悬浮床加氢裂化反应进行了研究。结果表明,超临界水中现场发生的水 气转化反应提供的加氢氢源是一种具有高加氢活性的原子态氢。在适宜的反应条件下,孤岛渣油在超临界水 合成气中的加氢裂化反应过程在抑制生焦、反应产物分布等方面与对应的分子氢存在下孤岛渣油加氢裂化反应结果几乎一致,反应体系中水的存在主要作用是提供水 气转化反应的条件,在没有水 气转化发生的体系中,水的存在对加氢过程有抑制作用,总之、利用现场发生水 气转化反应为加氢提供氢源的孤岛渣油超临界水 合成气中悬浮床催化加氢裂化是一项有效的渣油加氢改质技术。

超(超)临界压力锅炉垂直管屏水冷壁水动力与热偏差调整建议

垂直管圈超(超)临界压力锅炉一般都在水冷壁管入口安装节流圈,以调节工质流量,使其与对应区域的热负荷相匹配,但是该类型锅炉在投运后往往出现水冷壁节流圈结垢、水动力和热偏差,以致发生爆管.通过对水冷壁结构特点的分析,对爆管原因进行了研究,参考亚临界垂直管圈直流锅炉水动力调整经验,提出超(超)临界压力锅炉垂直管屏水冷壁系统改进和进行水动力调整的建议,即减少水冷壁管入口节流圈数量,在水冷壁管(屏)的入口安装调节装置以及加装水冷壁管屏的监视测点等.

超临界多元热流体发生及地下原位转化开采重质油理论与技术

稠油和低成熟页岩等重质油资源潜力巨大,但其低流动性和高干酪根含量导致难以高效开采,针对现有注蒸汽等方法存在采收率低、加热效率差和热流体成本高等问题,提出了以超临界水热化学转化为核心的重质油原位转化开采新思路,基于超临界水独有的高溶解性、高扩散性和高反应性,采用油田有机废液为原料通过超临界水气化与氢氧化原理生产超临界多元热流体,并将超临界多元热流体注入地层加热储层、同时原位转化稠油和干酪根生成轻质油气,通过超临界混相驱大幅提高采收率,从而实现了高效、清洁、低成本的热流体生成、储层加热转化与油气高效采出。研究结果表明,油田有机废液碳转化率超98%,稠油岩心驱替效率超97%,单井4轮次吞吐效率超75%,低成熟页岩有机质生烃制油气有机碳转化率达60%。该技术的突破可对变革传统重质油开发方式、保障我国油气能源安全提供参考。

三轴应力下超临界水对寺河矿无烟煤渗流与变形特性的影响规律研究

为了探索煤层在原位超临界水环境下改性的渗流和变形特性,将煤炭超临界水处理技术和原位改性采矿技术相结合,以?25 mm×50 mm寺河矿无烟煤为样本,在三轴应力条件下开展了超临界水环境下的渗流及变形特性研究。研究结果表明,在365、400、435℃的亚临界和超临界水注水条件下,无烟煤的渗透率分别比原煤下降了56.75%、96.93%和94.99%,整体渗透率的变化趋势为先快速降低再略微升高;实验初期无烟煤的渗流通道会逐渐闭合,持续注热一段时间后,渗流现象会再次恢复,恢复时间约43.5、24.54、19.81 h;渗流恢复同时伴随剧烈的轴向压缩变形,试验温度越高,最终轴向压缩应变越大,约为0.06、0.11、0.16。

垂直管内超临界水传热实验研究

在宽广的实验范围内对直径10mm垂直管内超临界水在不同工况下的传热特性进行了实验研究,分析了热流密度、质量流速及压力变化对内壁面温度及传热系数的影响规律。实验参数为:压力23、25、26MPa,质量流速450～1 200kg/(m2.s),热流密度200～1 200kW/m2。实验结果表明:随主流温度的升高,壁面温度逐渐上升,在拟临界点附近由于物性剧变存在传热强化现象;热流密度的增加以及质量流速的减小均会削弱传热强化现象,并导致传热恶化;压力的影响主要体现在传热恶化、强化的起始热流密度和起始主流温度的不同。