缺陷对铁单质薄膜磁致伸缩与磁矩演化的影响

磁致伸缩材料在传感、控制及能量与信息转换等领域应用前景广阔,此类材料的性能提升及工程应用已成为研究热点,但材料在制备与使用中不可避免会出现缺陷.本文以常用的铁磁性材料铁单质为研究对象,采用分子动力学方法分别建立无缺陷、孔洞缺陷与裂纹缺陷的铁单质磁致伸缩结构模型,分析了缺陷形式对铁单质薄膜磁致伸缩行为的影响,并从微观原子磁矩角度解释缺陷对磁致伸缩行为的影响机理.结果表明:缺陷会对其周围的原子磁矩产生影响,从而影响铁单质薄膜磁致伸缩,其中孔洞形缺陷对磁致伸缩的影响较小,裂纹形缺陷对磁致伸缩的影响较大.裂纹的方向会影响铁单质薄膜的磁致伸缩,与磁化方向平行的裂纹会降低材料在磁化方向上由初始状态至磁化达到饱和的最大磁致伸缩量;与磁化方向垂直的裂纹会提高材料在磁化方向上由初始状态至磁化达到饱和的最大磁致伸缩量.

铁单质薄膜磁致伸缩行为与磁矩演化研究

磁致伸缩材料在传感器、位移器件等领域应用前景广阔,对此类材料的制备与实验已成为研究热点,但使用分子动力学方法模拟其磁致伸缩过程中内部磁矩的演化仍缺乏相关研究.本研究以磁致伸缩材料铁单质为研究对象,采用分子动力学方法建立单畴铁单质磁致伸缩模型.分析了铁单质薄膜磁致伸缩行为随初始磁矩的变化,以及在磁场作用下微观原子磁矩的变化与宏观磁致伸缩之间的关系.结果表明:模型磁化构型的演化与磁致伸缩行为有着密切联系,随着外加磁场强度增大,原子磁矩与外加磁场方向相同的区域面积逐渐增大,宏观表现为模型的磁致伸缩随磁场强度增大而伸长,并最终达到饱和,而边界处的原子磁矩是模型是否达到饱和磁致伸缩的关键.

基于真实情境和教学逻辑的“铁的单质”教学——以“锻剑背后的化学问题”为例

“铁及其化合物”第一课时“铁的单质”的教学相对研究较少。本研究利用“锻剑”为核心情境,整合教材栏目实现基于教材逻辑的教学,把铁的物性、类别通性、价类二维、高炉炼铁、铁水反应、冷水淬火等重要内容整合成一条有逻辑的教学主线,实现知识的有意义生成。

单质铁强化生物还原法处理硫酸盐废水

为提高生物法处理酸性硫酸盐废水的效果,采用间歇试验对生物还原体系的特性进行了研究,重点考察了加入单质铁(Fe0)对硫酸盐还原反应的强化作用。结果表明,pH>6.5的中性偏酸环境最适合硫酸盐还原菌(SRB)的生长代谢,降低pH值会抑制反应的进行,且初始pH值越低则抑制作用越强。Fe0对硫酸盐还原过程有强化作用,可使体系承受更大的酸性负荷,并明显缩短了反应延迟期,但是对硫酸盐的还原反应速度、最终去除量和还原率几乎没有影响。废水pH值随着硫酸盐还原反应的进行而提高,经过SRB处理后最终可达7.0以上。加入Fe0的体系进行硫酸盐还原反应所消耗的COD较少,ΔCOD/ΔSO2-4为0.91～0.98。

硫酸盐还原菌与单质铁协同作用处理酸性含锌废水

研究利用硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacteria，SRB）与单质铁协同作用处理含Zn^2＋废水的效果和相应机理。采用间歇式生物反应器，在Zn^2＋名义浓度为0～90mg／L范围内，分别考察SRB和SRB＋Fe^0两种体系的处理效果。实验表明：SRB＋Fe^0体系的处理效果明显优于SRB体系；加入单质铁之后，高Zn^2＋浓度下（〉75mg／L）SRB适应期缩短20％以上；Zn^2＋对SRB的抑制浓度提高约20％；硫酸盐还原速率明显加快，硫酸盐最终还原率以及Zn^2＋的去除速率都有所提高。分析了单质铁对废水处理过程的强化机理，确定Zn^2＋的去除形式主要为硫化物沉淀。

基于真实情境融合课程思政、学科核心素养的化学教学设计与实践--以“铁的单质”公开课为例

以铁制品的生产为境脉,串联起铁的存在形态、冶炼、性质与应用,从真实情境中找寻课程思政与化学学科核心素养的契合点。基于铁和水蒸气的实验探究,开展安全教育,并培养证据推理的学科核心素养;从铁的生锈、防护等问题的讨论中,发展学生模型认知的学科核心素养,落实节约资源的生态文明教育;从巨大的钢铁产量和钢铁的广泛应用出发,鼓励学生敢于质疑、勇于创新,升华科技强国的爱国主义精神。以情境为依托,借助于多种教学方法,将化学学科核心素养与课程思政理念相融合,促进化学学科与课程思政同向同行,形成协同效应。

HgCl_2浸取法测定钢渣中的单质铁

提出了钢渣中单质铁的测定方法———HgCl2 溶液浸取 ,K2 Cr2 O7滴定。回收率为 95%～ 99% ,RSD为 0 .6%。

利用铁水脱硫渣中的单质铁处理刚果红模拟废水的试验研究

本文从铁水脱硫渣中选出单质铁,利用单质铁的还原特性对刚果红模拟废水进行脱色处理,研究了反应pH值、温度、时间和单质铁加入量对脱色率的影响。研究结果表明:当反应温度为80℃,pH=2,单质铁加入量为5g,反应时间为60min时,100mg/L的模拟刚果红废水的脱色率可达98%以上。研究结果可为铁水脱硫渣处理偶氮染料废水提供一定的技术指导。

纳米单质铁对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

通过向厌氧氨氧化反应器(ASBR)中投加纳米单质铁(nZVI),考察了其对厌氧氨氧化反应(ANAMMOX)脱氮性能的影响.结果表明,在温度为(25±0.5)℃,pH值为7.5±0.5,进水NH_(4)^(+)-N和NO_(2)^(-)-N浓度分别为30.35mg/L和37.89mg/L条件下,分别投加0,10,50,100.200,500,1000mg/L nZVI时,总氮去除率(NRE)分别达到70.27%、74.25%、83.45%、90.16%、68.59%、57.18%、50.93%.用修正的Boltzmann、Gompertz、Logistic模型对其进行动力学分析,R_(2)值分别为0.9963、0.9944、0.9851,总氮(TN)出水浓度和NRE的预测值与实际值比较,其均方误差值分别为2.13、6.31、8.48和6.93、7.47、10.95.

纤维单胞菌和单质铁协同作用处理含铀废水

在电子中介体蒽醌-2-磺酸钠(AQS)存在条件下,探讨了革兰氏阳性兼性厌氧菌(Cellulomonas sp)与单质铁(ZVI)协同作用处理水中U(Ⅵ)的效果和相应机理.实验结果表明:在厌氧环境下,单质铁与纤维单胞菌去除U(Ⅵ)存在明显的协同作用.AQS存在条件下,在24 h内、p H为7、温度为30℃时,ZVI与纤维单胞菌协同作用,U(Ⅵ)去除率为97.6%;在ZVI对照中,U(Ⅵ)去除率仅为11.7%.在无细胞对照组中未观察到U(Ⅵ)减少.Cu2+、Ca2+等离子的共存对U(Ⅵ)去除有明显的抑制作用,与其他离子相比,Mn2+、Cr6+的抑制作用较小.SEM-EDS分析表明,纤维单胞菌去除U(Ⅵ)后表面形态发生了改变,菌体表面形成了较多不规则突起且菌体表面覆盖有铀沉淀物.XPS结果表明:铀与纤维单胞菌相互作用后以U(Ⅳ)和U(Ⅵ)的混合物存在.通过XPS的峰面积计算,纤维单胞菌还原U(Ⅵ)后,U(Ⅳ)和U(Ⅵ)的含量分别为61.9%和38.1%,且溶液中的铀大部分是稳定的UO2.

创设生活情境 强化生活体验--以新人教版“铁的单质及其氧化物”教学为例

以“钢铁的应用,钢铁生锈的原因,钢铁除锈的方法到蒸汽发蓝防锈的原理探究”为教学主线,通过创设生活化情境,对“铁的单质及其氧化物”展开实验探究,同时利用化学知识解决生活问题,强化生活体验,提升了学生的化学核心素养。

单质铁对厌氧生化过程的强化机制及应用

单质铁是地球上分布较广的金属,价格低廉容易获得。概述了单质铁在厌氧生化处理系统中的强化作用和特性,包括铁的氢腐蚀作用、还原作用和催化内电解作用。概述了单质铁以催化内电解的作用在难降解的工业废水处理方面的应用,以及包括铁屑和铁刨花的单质铁对城市污泥和餐厨垃圾的厌氧发酵产甲烷方面的应用。分析和展望了单质铁应用的发展趋势。

关于铁的化学知识

从初中到高中，关于铁的化学知识不是集中地、系统地分布在某册书的某个章节当中，而是非常分散地穿插在各册书的不同章节中，现在将它们归纳起来，形成一个知识网络，与读者共享。

人与铁

人体中的铁,不是单质铁,也不是铁的有机化合物。铁是造血的原料,红细胞的血红蛋白是一种复杂的蛋白质大分子,它的核心都是+2价的铁原子。血红蛋白是人体里氧气的运输者,它从肺泡里捕获空气中的氧分子,将其禁锢在铁原子上,从而将氧气带到全身的各个部位。

启发

浙江大学相关团队与合作者,在类黑磷结构的二维铋中发现了全新的单质铁电态,该工作改变了离子极化仅存在于带有阳离子和阴离子化合物中的传统观念,并拓展了未来铁电材料的研究范围。单质铁电极化的发现为单质材料的基本物性研究增加了新的切入角度。

例析铁及其化合物

一、单质铁铁是一种银白色固体,具有良好的导电、导热、延展性,铁能被磁铁吸引。铁属于较活泼的金属。在点燃条件下铁在氧气中燃烧生成Fe_(3)O_(4);在加热条件下Fe与F_(2)、Cl_(2)或Br_(2)反应均生成FeX_(3),但Fe与I_(2)反应生成FeI_(2)。

Fe^0/H_2O_2类Fenton体系降解水中对氯硝基苯

为解决传统Fenton过程中Fe3+返回Fe2+速率慢致使反应过程中铁离子循环受阻的瓶颈问题,对Fe0/H2O2-类Fenton降解对氯硝基苯(pCNB)的效果与机理进行研究.考察H2O2和铁的投加量、初始pH值等因素对pCNB降解效果的影响,对体系TOC和Cl-、NO3-浓度以及一些中间产物进行鉴定和分析.当pH值为5,铁、H2O2、pCNB初始投量分别为200、3.5、20 mg/L,反应20 min时,Fe0/H2O2类Fenton体系能将pCNB去除73%.在相同pH值、铁和H2O2投加量情况下,Fe0/H2O2-类Fenton法对pCNB的降解效率比传统Fenton法高20%～30%,pH值在3.5～7.0内,该体系对pCNB都具有很好的降解去除作用.pCNB在降解过程中没有被完全矿化,苯环上的—Cl和—NO2也没有完全转化为无机离子,主要中间产物为草酸、羟基乙酸、乙酸、马来酸、对硝基酚、对氯酚、2-氯-5-硝基酚、5-氯-2-硝基酚等.

硫酸盐生物还原的温度效应及Fe^0的强化作用

利用间歇式完全混合厌氧生物反应器对硫酸盐生物还原体系的温度效应进行了研究。分别在25～40℃之间的6个温度段上进行了实验,并对影响机理进行了分析,重点考察了不同温度下添加Fe0对硫酸盐还原反应的强化作用。结果表明,36℃是最适合硫酸盐还原反应的环境温度,温度升高或降低都不利于反应进行,导致延迟期延长,反应速率和最终SO24-去除量下降,且温度越低反应受到的抑制作用越强。Fe0对硫酸盐生物还原反应有强化作用,反应温度越低Fe0的强化效果越显著。25℃时加入Fe0,体系的平均反应速度、SO24-去除量和SO24-还原率比未加Fe0时分别提高了46.6%、76.5%和79.2%,另外可使溶液pH值提高,可溶性S2-浓度降低,反应过程中消耗的COD量减少,ΔCOD/ΔSO24-比值减小,其值为0.94左右。

COD与Fe^0对硫酸盐还原菌还原作用的影响

采用间歇实验方法,分别在不同底物浓度下,分析了影响硫酸盐还原的机理,并考察了加入Fe^0对反应体系的强化作用．结果表明,底物浓度不足会减缓反应速度并降低最终反应结果,但对其反应延迟期没有影响．Fe^0对酶活性有调节作用,可以减小底物浓度变化对反应速度的影响,提高对底物的利用率．体系最终pH值随c(COD)／ c(SO_4^(2-))增大逐渐提高,当c(COD)／c(SO_4^(2-))达到一定值后,最终pH值基本维持恒定．在相同底物浓度下,单质铁强化体系的最终pH值略高于空白体系．空白和单质铁强化两种体系的适宜c(COD)／c(SO_4^(2-))分别在5．1～6．9 和3．9～5．1之间．在相同处理能力下,单质铁强化体系所需底物浓度是空白体系的75％．