Fe、Ir掺杂MoS_(2)表面对N_(2)气敏吸附与解离反应性能提升的第一性原理研究

基于第一性原理方法,采用周期性平板模型,研究了N_(2)分子在掺杂体系TM-MoS_(2)(TM=Fe、Ir)表面的吸附和解离行为.研究表明:N_(2)分子在TM-MoS_(2)(TM=Fe、Ir)表面吸附能依次为0.62和0.47 eV,而完整MoS_(2)表面的吸附能只有0.08 eV,说明掺杂之后对N_(2)表现出略好的吸附性能.差分电荷密度分析表明,N_(2)吸附后,掺杂Fe、Ir原子与两个N原子之间电荷有所增加,N-N键之间的区域电荷密度减少,N-N键的强度减弱.态密度计算结果发现,N_(2)在吸附过程中,主要是N原子的2p_(y)、2p_(z)轨道与Ir的5d_(xy)和5d_(z^(2))以及Fe的3d_(xy)和3d_(z^(2))发生杂化作用.通过分析解离活化能,N_(2)在掺杂体系TM-MoS_(2)(TM=Fe、Ir)表面解离需要活化能均较高,且远大于在相应掺杂表面的吸附能,说明N_(2)在掺杂体系TM-MoS_(2)(TM=Fe、Ir)表面解离应该表现为分子吸附或脱附.

基于分子动力学研究纳米孔洞对多晶FeO/Fe中FeO断裂的影响

孔洞缺陷是影响表面氧化皮断裂失效的重要因素.本文结合分子动力学软件Lammps和Atomsk软件建立了半径相同位置不同(模型1)和孔洞位置相同半径不同(模型2)两种模型,为了探究两者对FeO/Fe多晶模型拉伸失效的影响,文章从抗拉强度、断裂韧性、中心对称参数(CSP)三方面进行了分析,模拟结果表明:1.当孔洞位于晶界和三叉点时,模型1和2的抗拉强度随着孔洞半径的增大而减小,断裂韧性在抗拉强度降低的同时增强.2.孔洞位于晶内时,模型2的抗拉强度呈现“先下降-后上升-再下降”的变化趋势,断裂韧性整体降低;模型1既增强了模型的抗拉强度,又降低了断裂韧性.3.裂纹扩展受孔洞半径影响较大,半径达到1 nm以上时,模型2的裂纹扩展速度加快,模型1的裂纹扩展速度减慢.本研究为进一步认识氧化皮的断裂过程提供了帮助.

Cu-Fe合金凝固过程中结构变化研究

采用分子动力学模拟方法研究了Cu_(100-X)Fe_(X)(X=1%、3%、5%)合金在冷却速率为2×10^(10)K/s条件下合金凝固过程.研究表明,Fe含量为1%时,随着合金温度的降低Fe原子始终保持均匀分布的状态,未出现Fe原子聚集现象,晶体结构是以FCC为主的Cu基体,Fe原子以固溶形式存在于基体中.Fe含量为3%时,随着合金温度的降低Fe原子有聚集趋势,但BCC晶体结构占比较小,晶体结构仍是以FCC为主的Cu基体.Fe含量为5%,随着合金温度的降低Fe原子发生明显聚集,最终形成以FCC、HCP晶体类型为主镶嵌Fe原子的Cu基体.研究了Fe团簇的形成过程,结果表明,Fe团簇的形成、长大是一个连续的过程,该过程受形核生长机制控制,不同阶段形成Fe团簇的大小和数量受Fe-Fe原子相互作用力、Fe原子的扩散能力以及Fe团簇与Cu基体间的界面能三个因素共同影响.

金属有机框架MIL-101(Fe)用于增强光催化降解含油污水中的原油

利用溶剂热法合成了一种稳定的金属有机框架(MOF)MIL-101(Fe),并作为一种新型光催化剂提高了油田废水中原油的降解性能。通过对反应条件的优化,确定了以下最佳参数:暗反应时间为30 min,光反应时间为30 min,p H值为5.5,催化剂量为150 mg/L,反应温度为303.15 K。在这些反应条件下,去除率达到了94.73%。本研究是铁基MOFs在油田废水光催化降解中的应用。MIL-101(Fe)在温和的酸性条件下表现出良好的稳定性,并且可以有效地循环利用。这些发现为利用MIL-101(Fe)作为一种很有前途的工业应用材料,通过光催化降解从受油污染的水中去除原油提供了有价值的见解。

Gd对Fe_(66)Cr_(2)Nb_(4)Y_(6)B_(22)合金的非晶形成能力和力学性能的影响

Gd作为优异的中子吸收剂,在中子吸收元素中具有最大的热中子俘获截面。采用铜金属型铸造法研究了Fe_(66)Cr_(2)Nb_(4)Y_(6-x)Gd_(x)B_(22)(x=2,4,5,6 at.%)合金的非晶形成能力及力学性能。结果表明:当Gd含量为2 at.%和4 at.%时,两种合金的非晶形成能力分别为3 mm和4 mm。进一步提高Gd含量,合金的非晶形成能力低于3 mm。Fe_(66)Cr_(2)Nb_(4)Y_(2)Gd_(4)B_(22)合金具有最大的非晶形成能力,其过冷液相区ΔT_(x)、约化玻璃转变温度T_(rg)和非晶形成能力判定参数γ均达到最大值,分别为56 K,0.6673和0.4241。但是Fe_(66)Cr_(2)Nb_(4)Y_(6-x)Gd_(x)B_(22)(x=2 at.%,4 at.%,5 at.%)非晶合金的抗压强度和显微硬度随Gd含量的增加而降低。

Fe(Ⅱ)对CANON工艺处理城镇污水脱氮性能的影响

全程自养脱氮(CANON)工艺,作为新型脱氮工艺应用于城镇污水深度脱氮过程中,有望降低污水处理的运行费用。考察了亚铁离子[Fe(Ⅱ)]对CANON工艺启动及稳定运行时脱氮性能的影响。结果表明:15~23℃条件下投加6.3 mg/L Fe(Ⅱ)时,可有效启动并稳定运行CANON工艺处理城镇污水,该工艺氮去除负荷(NRR)、总氮去除率(TNRE)和氨氮去除率(ARE)分别为(4.8±1.1)g-N/(L^(3)·d)、(97±1)%和(44.2±9.3)%;相关性分析表明,通过调控Fe(Ⅱ)投加量可有效抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的活性;本次优化的Fe(Ⅱ)投加量为6.3 mg/L,其对CANON工艺脱氮性能的影响机制与CANON工艺中功能微生物活性的提高、Fe(Ⅱ)与进水氨氮及其他氮化合物的循环反应、铁型反硝化过程以及铁型厌氧氨氧化过程的耦合有关。

表面次生氧化矿物对FeS_(2)降解抗生素的影响及作用机制

以广泛应用于畜牧业的大环内酯类抗生素泰乐菌素(TYL)为研究对象,探究了不同氧化腐蚀程度的黄铁矿对TYL的光降解性能和作用机制.结果表明,氧化后的黄铁矿能够显著提高其对TYL的光降解效率.具体来说,氧化后的黄铁矿样品表面粗糙度增加,比表面积扩大,增加了表面反应活性位点,从而提高了其对TYL的吸附能力.此外,氧化增强了黄铁矿表面的电子传递过程,加快了·OH产生速率,进而提高了对TYL的光降解效率.同时,黄铁矿(FeS_(2))与表面新生成的Fe_(2)O_(3)组成了异质结,有效抑制了材料内部光生电子与空穴的复合,从而进一步提高了光降解性能.

Fe2O3含量对青花色料呈色的影响

实验以二氧化三铁、氧化钴、氧化锰、釉果为主要原料,采用单因素实验法,探究了青花色料中Fe2O3/CoO对青花瓷色度值、微观结构、晶相组成的影响。实验结果表明,随着青花色料配方中Fe2O3/CoO比值增大,青花瓷着色区域表面析出大量的1~3μm磁铁矿晶体并且发育越来越好,使得青花瓷呈现黑色调增强蓝色调减弱的现象。

Fe、Ni元素微合金化对Al-11Si铝合金微观组织及力学性能的影响

本研究利用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射X射线光谱(EDS)和拉伸试验机,研究了Ni(1.2及1.6wt.%)和Fe(0.6及0.8wt.%)含量对Al-11Si铝合金的微观组织及不同温度下的力学性能的影响。实验结果表明,适量的Ni元素对于Al-11Si合金中富含Fe相的类型、形态和分布具有积极作用。在Al-11Si铝合金中添加1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe可以生成一种类似“汉字状”的富Fe强化相。当进一步增加到1.6wt.%Ni和0.8wt.%Fe后,富Fe相变为了长针状,对Al基体产生严重的割裂作用,降低了合金力学性能。由于含有1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe的Al-11Si铝合金中生成了“汉字状”富Fe强化相,合金的高温拉伸性能得到了显著改善。在350℃的测试温度下,Al-11Si铝合金的抗拉强度(UTS)达到了139 MPa。

粉煤灰负载纳米FeS处理酸性含铬废水动态试验

针对矿区生态环境受酸性含铬废水污染严重的问题,采用超声沉淀法制备了粉煤灰负载纳米FeS吸附材料(nFeS-F)。并以粉煤灰、nFeS-F为填料分别构造1^(#)、2^(#)动态柱,进行酸性含铬废水动态处理试验,通过XRD、SEM、TEM、XPS对粉煤灰、nFeS-F进行表征,探究粉煤灰和nFeS-F处理酸性含铬废水的规律性、长效性和去除机理。结果表明:在进水Cr(Ⅵ)浓度为100 mg/L条件下,动态柱运行28 d内,1^(#)柱对Cr(Ⅵ)和总铬的平均去除率分别为42.86%和36.65%;2^(#)柱对Cr(Ⅵ)和总铬的平均去除率分别为70.74%和53.12%,至试验结束时,1^(#)柱和2^(#)柱的pH分别为5.50和6.38。通过nFeS-F的XRD、XPS表征分析表明,Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ),并以氢氧化物和硫化物沉淀的形式固定在nFeS-F的表面上。nFeS-F对Cr(Ⅵ)表现出优异的吸附性能,该研究可为处理酸性含铬废水提供一定的技术参考。

闪烁液及淬灭校正方法对液闪测量^(55)Fe的影响

为了优化液体闪烁计数器(LSC)测量^(55)Fe的条件,测试了三种商用闪烁液和两种淬灭校正方法对LSC测量^(55)Fe的影响。配制与放化处理后基质相同的^(55)Fe样品进行测量,三种闪烁液中,Ultima Gold AB样品装载量最大;在不同混溶比条件下,Ultima Gold LLT探测效率最高、最低检测限最小,混溶比为1∶4时,Ultima Gold LLT的探测效率最大为49.1%,同时最低检测限最小为0.12 Bq;若样品采用与淬灭标准源不同的闪烁液,对结果的准确度会造成一定的影响,在实验条件下活度测量值与标称值最大平均相对偏差绝对值为3.55%。对比tSIE法和TDCR法两种淬灭校正方法,TDCR法能够消除由于颜色和化学淬灭同时存在对^(55)Fe液闪测量结果所造成的影响,是测量^(55)Fe准确性更高的方法。通过加标样品验证,颜色及化学淬灭校正曲线得到的测量值与预期值的相对偏差分别为-0.35%~0.40%、-0.91%~-0.16%。

磁性金属有机骨架材料FeMPC的制备及其吸附性能研究

首先采用水热合成法制备金属有机骨架材料MIL-101(Fe),然后通过煅烧MIL-101(Fe)制备磁性金属有机骨架材料FeMPC,并用于吸附染料废水中的亚甲基蓝。使用扫描电镜、透射电镜、红外光谱等对制备的材料进行表征,考察FeMPC用量、振荡时间、pH等因素对吸附性能的影响。实验结果表明:当FeMPC用量为25 mg、振荡时间为70 min、溶液pH为8时,FeMPC对亚甲基蓝的吸附效果较好,吸附量为15.24 mg/g,吸附率为84.69%,材料重复使用次数不超过5次时能保持一定的吸附效果;FeMPC对亚甲基蓝的等温吸附符合Langmuir模型,吸附过程符合准二级动力学模型,属于化学吸附。

Fe/g-C_(3)N_(4)表面改性及其对CO加氢产物分布的影响

采用尿素热缩合法制备了氮化碳(g-C_(3)N_(4)),经H_(2)O_(2)、NH_(3)·H_(2)O处理、浸渍法负载Fe制得改性Fe/g-C_(3)N_(4),对比研究了改性前后催化剂的CO加氢性能。结合XRD、SEM、FT-IR、CO_(2)-TPD、CO-TPD、H_(2)-TPR、接触角测试和N_(2)物理吸附-脱附等系列表征,探究了表面预处理对Fe/g-C3N4催化剂织构性质以及CO加氢产物分布的影响。结果表明,不同改性方法对催化剂的织构性质和CO加氢性能影响显著。尿素热缩合法制备的g-C_(3)N_(4)具有典型蜂窝状结构,Fe与g-C_(3)N_(4)相互作用较强,且高度分散;改性前后样品均呈亲水性,且H_(2)O_(2)、 NH_(3)·H_(2)O处理后亲水性增强,H_(2)O_(2)处理增强了表面羟基,NH_(3)·H_(2)O处理增加了表面氨基,促进了CO吸附,促使Fe(NCN)物相生成;预处理后的催化剂表面碱性增强。在CO加氢反应中,两步改性后的Fe/AM-g-C3N4催化剂,CO_(2)选择性降至11.61%;Fe/AM-g-C_(3)N_(4)表面碱性增强,抑制了烯烃二次加氢,烯烃选择性较高,C_(2)^(=)-C_(4)^(=)达32.37%,O/P值3.23。

Fe-Mn/TiO_(2)的制备及其催化臭氧氧化双酚A的性能研究

采用浸渍法制备Fe-Mn/TiO_(2)双金属催化材料,以双酚A(BPA)为目标降解物,探究了Fe-Mn/TiO_(2)对其的降解效果及降解机制。结果表明,Fe-Mn/TiO_(2)催化臭氧氧化降解BPA的去除率相较于单独TiO_(2)处理提升了83.4%;Fe、Mn成功负载且催化剂孔洞较丰富;相较于TiO_(2),Fe-Mn/TiO_(2)中锐钛矿质量分数增加能产生更多的羟基自由基。同时,Fe、Mn在TiO_(2)表面能发生价态转化,可作为活性位点促进臭氧分解为·OH等活性物质,增强催化反应活性。

Fe促进的Pt@CeO_(2)催化剂用于CO_(2)加氢制C_(1)产品

在Pt@CeO_(2)核壳纳米球表面引入过渡金属助剂,探究了不同过渡金属的引入对其CO_(2)加氢性能的影响.研究结果表明,Fe物种的引入对加氢性能的提升效果最佳,液体C_(1)产率达到6.34×10^(-2) mmol·g^(-1)_(cat.)·h^(-1).透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、N_(2)吸附-脱附实验、CO_(2)程序升温脱附(CO_(2)-TPD)和H_(2)程序升温还原(H_(2)-TPR)等表征结果表明,Fe物种在Pt@CeO_(2)表面均匀分散,且Fe的存在降低了Pt物种的电荷密度,产生了更多的Pt^(2+)物种,提高了产物中甲醇的选择性.此外,Fe的存在还促进了更多氧空位(O_(v))的形成,进而促进了对CO_(2)的吸附及后续的加氢反应,提高了催化活性.

Fe基催化剂的酸性调控及其对加氢脱硫反应路径选择性的影响

以Fe作为主活性金属、Zn作为助活性金属,制备了Y型分子筛改性的Fe基加氢脱硫(HDS)催化剂。采用低温氮气物理吸附、X射线衍射(XRD)、氢气程序升温还原(H_(2)-TPR)、氨气程序升温脱附(NH_(3)-TPD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和吡啶红外(Py-IR)等表征方法对改性前后Fe基催化剂的形貌、孔结构、分散性、还原性、电子缺陷结构以及酸性等变化进行了研究,并使用固定床反应器对Fe基催化剂的HDS性能进行了评价。结果表明,Y型分子筛的引入提供了Bronsted(B)酸中心,使得Fe基催化剂的脱硫率提高了10.7%-34.1%。同时,B酸中心提高了催化剂的直接脱硫(DDS)反应路径的选择性。此外,B酸中心在促进DDS反应路径选择性增加的同时,抑制了预加氢脱硫(HYD)反应路径中四氢二苯并噻吩(THDBT)和六氢二苯并噻吩(HHDBT)更进一步的深度加氢,从而在保证脱硫率提升的同时又降低了氢耗。其根本原因可能是Y型分子筛的引入增强了催化剂的酸性,特别是B酸中心和活性金属之间的相互作用促进了电子转移,从而调节了Fe物种的电子缺陷结构,进而提升了催化剂的HDS性能。

Fe(Ⅲ)-XG配合物选择性絮凝微细粒赤铁矿与石英及其机理研究

基于金属离子配位理论,将FeCl_(3)·6H_(2)O与黄原胶(XG)按一定比例混合制备Fe(Ⅲ)-XG配合物,用于改善微细粒赤铁矿难沉降、回收效果差的问题。采用沉降实验研究了不同条件下Fe(Ⅲ)-XG对微细粒赤铁矿和石英的选择性絮凝行为,结合动电位、红外光谱和显微镜分析,揭示Fe(Ⅲ)-XG对赤铁矿的絮凝作用机理。矿物絮凝沉降试验结果表明:以黄原胶和Fe(Ⅲ)为絮凝剂,无法实现赤铁矿与石英的选择性絮凝,而黄原胶与FeCl_(3)·6H_(2)O质量比为1︰9时生成的Fe(Ⅲ)-XG配位絮凝剂,对赤铁矿和石英表现出较强的选择性絮凝作用,pH值为6时两者沉降率差异最大,分别为91.50%和39.96%。显微镜观察结果证实,Fe(Ⅲ)-XG作用下,赤铁矿颗粒形成块状絮体,且絮体密实程度更大,而石英颗粒间未发生团聚作用,处于相对分散的状态。Zeta电位、溶液化学计算、吸附量实验与红外光谱分析结果表明:黄原胶主要通过羧酸基团的羰基C=O与Fe^(3+)发生配位作用形成Fe(Ⅲ)-XG配合物,Fe(Ⅲ)-XG在石英和赤铁矿表面吸附方式不同,因而在两种矿物表面吸附量不同。Fe(Ⅲ)-XG中的羟基氧和赤铁矿表面的铁元素发生化学键合特异性吸附在赤铁矿表面,而在石英表面只有微弱的氢键吸附。通过FeCl_(3)·6H_(2)O与黄原胶配位组装可显著提升微细粒赤铁矿选择性絮凝分离效果,为赤铁矿选择性絮凝分选提供新的策略和理论指导。

导流管参数对真空紧耦合气雾化法制备Fe-Cr合金粉末的影响

采用真空紧耦合气雾化法制备Fe–Cr合金粉末,研究了导流管直径与导流管伸出长度对Fe–Cr合金粉末粒度分布、收得率、中位粒径(D_(50))的影响。结果表明,在其他工艺参数不变的情况下,当导流管直径从4.5 mm增大到6.0 mm时,Fe–Cr合金粉末累积粒度分布曲线右移,中位粒径增大,细粉收得率减小,粉末流动性减小,松装密度减小;当导流管伸出长度由2.0 mm增加到2.5 mm时,Fe–Cr合金粉末累积粒度分布曲线左移,中位粒径减小,细粉收得率增加,粉末流动性增加,松装密度升高。综上所述,雾化压力3.8 MPa,过热度250℃,导流管直径4.5 mm,导流管伸出长度2.5 mm,制备得到的Fe–Cr合金粉末综合性能最优。

碳化钨对Fe基合金激光熔覆层性能的影响

采用向Fe基合金粉末中加入一定比例碳化钨硬质颗粒的方法,分别对熔覆层的硬度、摩擦系数以及磨痕的磨损形貌进行分析,探索碳化钨对Fe基合金熔覆层使用性能的影响。结果表明,基体的硬度为302 HV,Fe基合金熔覆层的平均硬度为500 HV,而加入5%、10%、15%碳化钨硬质颗粒的Fe基梯度复合熔覆层的平均硬度分别为662、771、806 HV;Fe基合金熔覆层比基体具有更好的耐磨性,随着Fe基合金粉末中添加碳化钨硬质颗粒的比例逐渐增大,熔覆层与对磨副之间的摩擦系数逐渐减小,磨损量逐渐减小,当碳化钨硬质颗粒的比例达到15%时,由于熔覆层内有较多未熔的碳化钨硬质颗粒,反而磨损量增大,犁沟现象严重。

不同Mn/Fe比例天然含铁锰矿的As(Ⅲ)吸附性能与机制

水体中的砷主要以亚砷酸(As(Ⅲ))形态存在.金属氧化物常用于水体砷的去除,但其对As(Ⅲ)的亲和力较弱,导致水体砷很难去除,因此,寻求高效、廉价、绿色的除As(Ⅲ)材料具有显著的环境意义.天然含铁锰矿是一种高效的砷吸附剂,由于自然形成条件复杂,其不同含铁锰矿对As(Ⅲ)的去除性能存在较大差异.本研究以两种不同Mn/Fe比例的天然含铁锰矿(NFM-L、NFM-H)为研究对象,评估其对As(Ⅲ)的吸附性能,并结合XPS、XRD等光谱学表征手段探究其砷的去除机制.实验结果表明,NFM-L的Fe含量是NFM-H的5.61倍,其As(Ⅲ)的最大吸附量(24.82 mg·g^(−1))与吸附速率亦显著高于NFM-H(18.94 mg·g^(−1)),NFM-L和NFM-H对As(Ⅲ)的等温吸附曲线更符合Freundlich模型.影响因子实验表明,溶液pH值对NFM-L的影响更大,共存离子H_(2)PO_(4)^(−)能够显著抑制两种材料对As(Ⅲ)的吸附,但是材料粒径对As(Ⅲ)去除的影响较小.光谱学表征发现,两种矿物吸附砷后结构并未发生明显变化,但锰氧化物能将As(Ⅲ)氧化为As(V),从而显著提高了铁锰矿对砷的吸附能力.