MgF_(2)助剂对MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷的制备与光学性能的影响

MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷具有优异的光学性能,其制备依赖于高质量坯体的凝胶注模成型和长时间的无压预烧。本研究选择MgF_(2)为烧结助剂,并通过瞬时液相调节无压预烧的致密化过程。采用干压成型、无压预烧和热等静压烧结制备了不同尺寸的MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷样品,并系统分析了MgF_(2)对材料显微结构、光学和机械性能的影响。研究表明:MgF_(2)在~1230℃熔化形成的液相促使陶瓷的致密度与晶粒尺寸增大,后续烧结过程中残留的MgF_(2)氧化为MgO并固溶进入MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)晶格。添加质量分数0.2%MgF_(2)的2.04 mm厚透明陶瓷样品在紫外和可见光区域具有76.5%~83.4%的直线透过率和较高的光学质量。此外,该陶瓷的特征抗弯强度为167.1 MPa,与细晶MgAl2O4透明陶瓷相近,但是前者的Weibull模数(8.81±0.29)更高。本研究为制备光学性能良好的大尺寸MgAl_(1.9)Ga_(0.1)O_(4)透明陶瓷提供了新的选择。

轻烧MgO粉对凝胶注模法制备MgAl_(2)O_(4) 多孔陶瓷性能的影响

为了降低原料成本,简化工艺流程,提高MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷的性能,将Al_(2)O_(3)粉和MgO粉于1500℃保温2 h合成了MgAl_(2)O_(4)粉体,再外加轻烧MgO粉(外加质量分数分别为0.5%、1.0%、1.5%和2.0%),采用凝胶注模法于1500℃保温2 h制备了MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷,研究轻烧MgO粉外加量对MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷结构和性能的影响。结果表明:1)以轻烧MgO粉作为固化剂制备的MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷烧后线收缩率较小,具有较好的尺寸稳定性,且孔径主要分布在0.5~2.0μm;2)随着轻烧MgO粉外加量的增加,MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷的显气孔率和气通量增加,显微结构较均匀;3)当轻烧MgO粉外加量(w)为2.0%时,MgAl_(2)O_(4)多孔陶瓷的综合性能最佳。

固相反应合成MgAl_(2)O_(4)多孔纤维的研究

MgAl_(2)O_(4)纤维的主要制备方法为气相法,但该方法存在反应温度高、制备成本高以及产率低等问题。将碱式硫酸镁晶须作为模板,分别与铝溶胶或α-Al_(2)O_(3)微粉混合,通过固相反应制备了MgAl_(2)O_(4)多孔纤维,研究了热处理温度(1000、1100和1300℃)和保温时间(3、10 h)以及铝源(铝溶胶和α-Al_(2)O_(3)微粉)对MgAl_(2)O_(4)多孔纤维合成的影响。结果表明:1)与α-Al_(2)O_(3)微粉相比,以铝溶胶为铝源时,纤维中MgAl_(2)O_(4)生成量更高;2)随着热处理温度的升高,Al_(2)O_(3)与MgO逐渐反应完全,MgAl_(2)O_(4)的生成量不断增加,MgAl_(2)O_(4)多孔纤维上有小而均匀的纳米孔;3)最佳制备工艺是以铝溶胶为铝源,在1300℃保温3 h。

非甲烷总烃分析仪专用Co_(3)O_(4)/Al_(2)O_(3)催化剂的制备及性能研究

挥发性有机化合物(volatile organic compounds,VOCs)是引发霾和光化学烟雾等环境问题的重要原因,达到一定浓度会对人类健康造成威胁。非甲烷总烃(non-methane hydrocarbon,NMHC)作为VOCs总量统计的重要指标,在一定程度上可以简单、直观地反映VOCs污染状况,因此,监控NMHC对保护环境与人类健康具有重要意义。本文中制备了层状结构、球形结构和立方体结构3种不同形貌的Co_(3)O_(4)纳米材料,将纳米材料均匀负载于活性Al_(2)O_(3)颗粒表面作为NMHC分析专用催化剂。通过XRD、FESEM、BET和XPS技术对制备的Co_(3)O_(4)催化剂进行表征;并将催化剂用于NMHC的检测,对不同形貌催化剂的催化性能进行评价。结果表明,当煅烧温度为400℃、煅烧时间为3 h,催化剂具有较高的催化活性,其中立方体结构催化剂具有最高的催化活性,能在236℃将NMHC完全降解,层状结构与球形结构催化剂分别在261℃与257℃将NMHC完全降解。升高煅烧温度有助于催化活性的提高,因为煅烧温度的升高增大了催化剂中Co_(3)O_(4)的相对结晶度与O_(ads)/O_(latt)摩尔比,使得气体转移速度加快,因而使催化剂具有更高的催化活性。催化剂经过耐水性、热失重测试与催化循环测试后仍能保持较高的催化活性。

Al_(2)(SO_(4))_(3)催化热解油转化生产酯类燃料

酸类、糖类等不稳定组分的存在是制约热解油直接用作生物燃料的主要因素。为了解决此问题,提出采用Al_(2)(SO_(4))_(3)催化剂将这些不稳定成分酯化为燃料类化合物的途径。首先,分别以单模型化合物左旋葡萄糖或乙酸为原料,考察各种金属硫酸盐催化其转化制备乙酰丙酸乙酯或乙酸乙酯的能力,筛选出催化性能最好的催化剂;其次,以左旋葡萄糖和乙酸的模型混合物为原料,探究Al_(2)(SO_(4))_(3)催化同时转化制备酯类的最佳反应条件;最后,以真实热解油为原料,验证Al_(2)(SO_(4))_(3)在最佳反应条件下催化酯化的可行性。结果表明,酯化后热解油中大部分酸、糖、醛消失,同时产生大量的酯和缩醛,酯类和缩醛类占改性热解油总色谱面积的39.5%。Al_(2)(SO_(4))_(3)能有效将热解油中的酸类、糖类等不稳定组分酯化为燃料类化合物,可为热解油转化制备生物燃料提供借鉴。

Al_(2)O_(3)/LiAlO_(2)协同提升LiNi_(0.92)Co_(0.04)Mn_(0.04)O_(2)正极材料循环稳定性的研究

锂离子电池(LIBs)是最普遍的储能设备之一,高镍LiNi_(0.92)Co_(0.04)Mn_(0.04)O_(2)正极因其放电比容量高而备受关注,然而,在长循环的过程中,由于正极表面的活性物质发生了化学和结构变化,LIBs的能量存储能力会随着循环的进行而减弱。理解和缓解这些退化机制是减少容量衰退的关键,从而提高锂离子电池的循环寿命。包覆是常见的改性手段,可改善高镍LiNi_(0.92)Co_(0.04)Mn_(0.04)O_(2)正极界面稳定性并降低表面降解的程度。但是,常规包覆方法形成的包覆层的厚度和均匀性难以调控,为了改进此问题,本研究建立了一种Al_(2)O_(3)/LiAlO_(2)薄膜,对LiNi_(0.92)Co_(0.04)Mn_(0.04)O_(2)具有协同改性效应,可形成厚度均匀的双包覆层,增强正极材料的循环性能和结构稳定性。研究结果表明,Al_(2)O_(3)/LiAlO_(2)双包覆层可以有效抑制不可逆相变,提高材料的结构稳定性。改性的材料展现出优异的循环稳定性,在2.75~4.40V电压范围内循环200圈,放电比容量为141.2 mAh/g,容量保持率高达76.1%。本研究为商业化正极材料界面的改性提供了新的思路。

La^(3+)对MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷致密化过程、光学及力学性能的影响

镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))透明陶瓷具有优异的光学和力学性能,在防弹装甲窗口、高马赫整流罩等方面得到了大量的应用。为实现MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷的致密化,一般需要相对较高的烧结温度,然而高的烧结温度会导致陶瓷晶粒生长过大,影响其性能。因此通过引入合适的烧结助剂降低烧结温度,对于提升陶瓷性能和降低成本均具有很大的意义。本文以高纯商业MgAl_(2)O_(4)粉体为原料,La(OH)_(3)为烧结助剂,采用真空烧结结合热等静压后处理的方式,成功制备MgAl_(2)O_(4)透明陶瓷,并采用XRD、SEM等对透明陶瓷的微结构和相组成的演变以及性能进行表征。结果表明,La^(3+)在烧结早中期可有效提高陶瓷致密化速率,在烧结后期可抑制陶瓷晶粒生长。掺入0.01%(质量分数)La_(2)O_(3)后,MgAl_(2)O_(4)光学和力学综合性能优异,所需的热等静压烧结温度由1650℃降低到1600℃,相应平均晶粒尺寸由7μm减小到3μm。

高效率BaAl_(4)Sb_(2)O_(12)∶Eu^(2+)荧光粉合成与发光性能

白光LED作为第四代照明光源已经广泛应用到人们生活的各个领域,其中荧光粉是获得高性能白光LED的关键材料之一。如何用简单的方法制备高性能的荧光粉是目前研究人员的一个挑战性工作。本文采用高温固相法,加入助熔剂H_(3)BO_(3)、NH_(4)Cl、SrF_(2)、LiF和BaF_(2),成功制备了BaAl_(4)Sb_(2)O_(12)∶Eu^(2+)(BASO∶Eu^(2+))荧光粉。通过晶体结构分析、发射光谱、X射线光电子能谱(XPS)以及荧光寿命分析,表明过量的Sb_(2)O_(3)能够有效地将Eu^(3+)还原成Eu^(2+),提高Eu^(2+)在563 nm处的荧光强度约12.5倍,内量子效率(IQE)可以达到96.14%。另外,还研究了不同助熔剂对荧光粉晶体结构、荧光强度以及内量子效率的影响。本实验采用的方法简单,避免使用具有一定危险的还原性气体烧结,易于工业化应用以及降低生产成本。

新型高镍无钴正极材料LiNi_(0.94)Mn_(0.04)Al_(0.02)O_(2)的合成研究

采用固相烧结工艺合成了层状高镍无钴正极材料LiNi_(0.94)Mn_(0.04)Al_(0.02)O_(2)(NMA),并研究了不同烧结温度对NMA正极材料的晶体结构、微观形貌和电化学性能的影响。结果表明,当烧结温度过低时,NMA正极材料的结晶度偏低,并在表面形成残锂。烧结温度过高则会导致层状结构变差和电极表面有害副反应增多。在最佳烧结温度750℃下合成的NMA-750材料具有良好的颗粒形貌、最少的锂镍混排和最完整的层状结构,同时具有最佳的电化学性能:首圈放电比容量(3.0~4.5 V,1 C)为199.5 mA·h/g,循环100圈后容量保持率可达79.04%;在5 C下仍具有147.6 mA·h/g的放电比容量,倍率性能优良。

大尺寸优质Cr^(3+)∶BeAl_(2)O_(4)晶体生长与性能研究

本文采用感应加热提拉法结合上称重自动控径技术,成功生长出大尺寸、高质量的翠绿宝石(Cr^(3+)∶BeAl_(2)O_(4))晶体。晶坯等径圆柱体尺寸达到ϕ70 mm×140 mm,晶坯质量超过2800 g。通过冷光源照射晶坯,发现晶坯中心区域ϕ10~15 mm存在气泡。采用5 mW绿光激光照射ϕ8 mm×130 mm的翠绿宝石晶体棒,晶体内部无散射颗粒。利用Zygo激光平面干涉仪对晶体棒进行测试,波前畸变为0.3λ@632.8 nm。用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定了翠绿宝石晶体的铬离子掺杂浓度,并计算出轴向浓度梯度为0.5×10^(-4)~1.9×10^(-4)cm^(-1)(摩尔分数)。用Perkin Elmer Lambda-950紫外可见近红外分光光度计测试了不同掺杂浓度的翠绿宝石晶体在室温下的吸收光谱,并计算了吸收系数。这些研究结果为翠绿宝石晶体的应用提供了重要的基础数据。

固体酸SO_(4)^(2-)-/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)的制备及其催化合成癸二酸二辛酯的研究

本研究采用沉淀-浸渍法制备了SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂,以癸二酸和异辛醇的酯化反应为探针反应,确定了SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂的最佳制备条件。实验分别考察了焙烧温度、焙烧时间、硫酸浸渍浓度、硫酸浸渍时间、陈化温度对催化活性的影响,并进一步考察了催化剂的循环使用性能。结果表明:焙烧温度为600℃、焙烧时间为5 h、硫酸浸渍浓度为0.6 mol/L、硫酸浸渍时间为9 h、陈化温度为-20℃时,制备出的SO_(4)^(2-)/ZrO_(2)-γ-Al_(2)O_(3)固体酸催化剂具有较好的催化活性,癸二酸的酯化率可以达到99.66%,催化剂循环使用5次后,酯化率降至90.54%。

Al_(2) O_(3)-MgAl_(2) O_(4)复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响

为研究Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料对刚玉-尖晶石浇注料抗渣性能的影响,在基质中添加与不添加尖晶石细粉的2种情况下,分别以板状刚玉骨料和Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料制备了刚玉-尖晶石浇注料。先利用FactSage反应热力学软件计算了1600℃时板状刚玉和Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料与熔渣之间的反应热力学,并采用浸泡法研究了2种骨料的抗渣性能,再采用静态坩埚法研究了2种骨料对浇注料抗渣性能的影响。结果表明:与板状刚玉骨料相比,Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料侵蚀层中的裂纹细而少,遭受熔渣侵蚀后不易剥落,其过渡层中既有CA 6相也有尖晶石相,而且尖晶石相中固溶有Fe、Mn元素,该骨料不仅通过形成CA 6层来阻挡熔渣侵蚀,而且通过尖晶石吸收熔渣中FeO、MnO等物质而降低熔渣的黏度,进而起到抵抗熔渣侵蚀的作用。由Al_(2)O_(3)-MgAl_(2)O_(4)复相骨料替代板状刚玉骨料,浇注料试样的侵蚀和渗透面积百分率均有所降低,尤其在基质和骨料中同时引入尖晶石可更加有效地提高刚玉-尖晶石浇注料的抗渣性能。

MgCO_(3)分子的解离产物合成MgAl_(2)O_(4)分子

本研究碳酸镁MgCO_(3)分子的解离过程及其解离产物与三氧化二铝Al_(2) O_(3)合成MgAl_(2)O_(4)的微观过程.利用Gaussian 09软件采用CCSD(T)6-311++G(d,p)和M06-2x/6-311++G(d,p)方法分别计算反应物碳酸镁MgCO_(3)分子单点能和频率,并计算反应物受热分解的过程,寻找解离的过渡态.并通过高温烧结法,在实验室用MgCO_(3)和Al_(2) O_(3)粉末为原料,1450℃合成铝酸镁MgAl_(2)O_(4),通过X-ray diffraction即XRD测试表征实验产物与理论计算是一致的.

CaO对MgAl_(2)O_(4)材料和ZrO_(2)-MgAl_(2)O_(4)材料侵蚀机制研究

为了研究CaO对MgAl_(2)O_(4)材料和ZrO_(2)-MgAl_(2)O_(4)材料的侵蚀机制,以MgAl_(2)O_(4)微粉、脱硅锆微粉和分析纯碳酸钙为原料,将碳酸钙煅烧、粉碎后得CaO微粉,以MgAl_(2)O_(4)粉和CaO粉质量比为4∶1制备了MgAl_(2)O_(4)材料,以脱硅锆粉、MgAl_(2)O_(4)粉、CaO粉质量比为3∶4∶1制备了ZrO_(2)-MgAl_(2)O_(4)材料,并分别于1500、1600、1700℃保温3 h煅烧。利用相图和热力学计算分析了体系中可能发生的反应,利用XRD和SEM分析了烧后试样的物相组成和显微结构。结果表明:对于MgAl_(2)O_(4)材料,CaO与MgAl_(2)O_(4)会反应生成低熔点CaO·Al_(2)O_(3)和12CaO·7Al_(2)O_(3)。对于ZrO_(2)-MgAl_(2)O_(4)材料,大量CaO与ZrO_(2)反应生成高熔点c-ZrO_(2)和CaZrO_(3),而剩余少量CaO与MgAl_(2)O_(4)反应生成CaO·Al_(2)O_(3),减少了低熔点相的生成。

镁含量对Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂甲烷干重整反应性能的影响

本研究采用溶剂蒸发自组装法制备了不同Mg含量的镁铝尖晶石(MgAl_(2)O_(4))载体,随后负载了金属Ni,并将该催化剂(Ni/x-MAO)应用于甲烷干重整制合成气反应。结合X射线衍射、氮气物理吸附-脱附和透射电镜等表征对催化剂的结构性质进行了分析,发现适量Mg的加入(10%-15%)有利于提高载体的比表面积,并形成耐高温的有序介孔结构。该结构可以将Ni颗粒限域在孔道内,有利于形成高分散、小晶粒的活性物种,其在高温反应下不易烧结。同时,H2-TPR和XPS结果表明,10%-15%的Mg含量有利于增强Ni与MgAl_(2)O_(4)的金属-载体相互作用,有效抑制Ni烧结,且其表面的活性氧物种有效抑制了积炭生成。在性能评价中,10%-15%Mg含量的Ni/MgAl_(2)O_(4)催化剂呈现出优异的CH4和CO_(2)转化率,在180 h的长周期活性评价期间,Ni/15-MAO催化剂的CH4和CO_(2)转化率分别保持在92.6%和92.5%左右,同时积炭量仅为0.89%,且反应后的Ni颗粒尺寸变化不大。

CuFe_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)非均相活化过一硫酸盐降解盐酸四环素

基于过一硫酸盐的高级氧化工艺因其在环境修复中的独特优势而引起了广泛的研究兴趣。然而开发低成本、高效的催化剂活化过一硫酸盐仍是降解有机污染物的关键问题。采用柠檬酸溶胶-凝胶法成功合成了一种磁性可回收复合材料(即Cu Fe_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)),并首次作为一种非均相催化剂用于活化过一硫酸盐(PMS)降解水中盐酸四环素(TC·HCl)。用X射线衍射仪研究了复合材料晶体结构和相形成。系统考察了PMS浓度、催化剂投加量和初始溶液p H对催化活性的影响以及不同水基质下对TC·HCl的降解影响。结果表明,在PMS浓度为0.3 g/L、Cu Fe_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)投加量为0.2 g/L、初始溶液p H为4.7的最佳条件下,反应10 min后Cu Fe_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)/PMS体系可降解约95.1%的TC·HCl。循环实验和磁性测试结果表明,Cu Fe_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)具有良好的稳定性和磁性。因此,Cu Fe_(2)O_(4)/Al_(2)O_(3)可作为一种高效催化剂非均相活化PMS处理含TC·HCl废水。

CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料的制备及其在含日落黄废水处理中的应用

制备了铁酸钴-氧化铝(CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3))复合材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、比表面积和孔径分析仪对多孔CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料的物相和形貌进行了分析.利用制备的CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料活化过硫酸氢钾(PMS)来降解废水溶液中的日落黄(SY),通过研究CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)材料制备过程中Co^(2+),Fe^(3+)和Al^(3+)的物质的量之比、煅烧温度和时长对材料催化性能的影响,发现Co^(2+),Fe^(3+)和Al^(3+)的最佳物质的量之比为1∶2∶12,最佳煅烧温度为400℃和最佳煅烧时长为3 h.对采用在最优条件下制得的CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)复合材料作为催化剂,PMS氧化降解含日落黄废水进行研究,考察了pH值、温度、不同体系、PMS用量、CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)材料用量和一些阴离子对日落黄降解的影响.结果表明:在pH=7,温度为55℃条件下,用0.1 g催化剂和0.125 g PMS能使100 mL质量浓度为0.6 g·L^(-1)的日落黄溶液在30 min内降解率达到99.5%.同时,碳酸氢根负离子(HCO3-)和硝酸根负离子(NO_(3)^(-))的加入抑制了日落黄的降解,而Cl^(-)则能促进日落黄的降解.此外,在进行4次循环使用后,CoFe_(2)O_(4)-Al_(2)O_(3)仍表现出很好的催化性能,日落黄去除效果仍能达到90%以上.

大豆油制生物柴油固体酸Zr(SO_(4))2/Al_(2)O_(3)催化剂的制备与表征

采用浸渍法制备了固体酸催化剂Zr(SO_(4))_(2)/Al_(2)O_(3),考察了催化剂的制备条件和酯化反应条件对生物柴油产率的影响,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和比表面积(BET)和热重分析(TG-DTA)等手段对催化剂进行了表征。结果表明,活性组分均匀分散在载体的表面,催化剂表现出较高的催化活性;在Zr(SO_(4))_(2)的负载量(占催化剂的质量)为30%、焙烧温度为350℃,(甲)醇(大豆)油物质的量比为9∶1、催化剂用量为大豆油质量的4%时,生物柴油的产率最高为92.40%,且催化剂循环使用6次后,生物柴油的产率仍保持在90%以上。

绿色催化剂Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O合成乙酸乙酯

酯化反应是高中非常重要的实验,但是浓硫酸作为催化剂存在危险性高、副产物多、环境污染性强等缺点,将常见、便宜、低毒性、具有高效催化效率的Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O作为催化剂,利用无水乙醇和冰醋酸合成乙酸乙酯,反应结束后,Al_(2)(SO_(4))_(3)•18H_(2)O通过简单过滤即可回收利用,适合应用于中学课堂实验中。

改性硅溶胶封孔剂对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷绝缘性能和微观结构的影响

采用甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷对硅溶胶进行改性制得有机硅改性硅溶胶封孔剂,并通过浸渍和加热固化的方法对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷片进行封孔处理。研究了固化温度和固化时间对封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片绝缘性能的影响,并对多孔Al_(2)O_(3)陶瓷片封孔前后的微观结构进行了表征。结果表明,较佳封孔条件为固化温度120℃、固化时间60 min,此时封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片的直流和交流击穿电压分别达到最大值10.76 kV和6.01 kV,1000 V绝缘电阻不低于9999 MΩ。封孔Al_(2)O_(3)陶瓷片表面为改性硅溶胶涂层,呈致密无孔隙状态且与基体结合紧密,涂层厚度约为25μm,表面水接触角提高到86.93°,封孔层深度约为10μm。