沈阳市O_(3)与PM_(2.5)关系及污染主控因素分析

PM_(2.5)与O_(3)的协同控制是空气质量持续改善的关键所在,厘清PM_(2.5)与O_(3)的关系,识别O_(3)主控因素以及量化气象和人为排放贡献是实施二者协同控制的基础.本研究基于沈阳市大气复合立体超级站2019−2022年地面观测数据,分析PM_(2.5)和O_(3)协同关系及成因;利用逐步回归模型得到影响O_(3)变化的主控因素,并估算各气象因素对O_(3)的贡献.结果表明:①沈阳市2019−2022年夏季PM_(2.5)浓度与O_(3)浓度呈正相关,有明显的协同增长效应,其余三季均呈明显负相关.究其原因,主要是由于夏季高温和高太阳辐射条件利于大气光化学反应,促进了O_(3)、PM_(2.5)中二次无机成分〔主要是硫酸盐(SO_(4)^(2−))、硝酸盐(NO_(3)−)和铵盐(NH_(4)^(+)),简称“SNA”〕共同增长所致;而冬季高排放和高大气稳定度等气象条件利于SNA和二次有机碳(SOC)非均相生成,但弱太阳辐射和低温等条件不利于O_(3)光化学生成,加之高NO的滴定效应,使SNA和SOC浓度均与O_(3)浓度呈负相关.②在观测的相关污染物和气象因子中,过氧乙酰硝酸酯(PAN)与O_(3)浓度的关系最为密切,尤其在夏季.③气象因素中,O_(3)浓度与气温高度相关,与风速也呈正相关,而与相对湿度则在各季节均呈负相关.冬、春、秋三季PM_(2.5)均对O_(3)起抑制作用,冬季尤为突出.在高浓度O_(3)污染(O_(3)浓度>160μg/m^(3))过程中,主控因素中气温和风速的抬升促进O_(3)浓度升高,而高NO2和相对湿度(RH)则有利于降低O_(3)浓度.在2019−2022年高浓度O_(3)污染过程中,气象因素对沈阳市O_(3)浓度变化的贡献高于O_(3)前体物排放的贡献,总贡献为57μg/m^(3),对污染形成起着主导作用.

泰山夏季O_(3)和PM_(2.5)污染特征及成因分析

华北地区是我国空气污染最严重的地区之一.泰山为华北平原最高峰,可代表华北地区背景大气的环境特征.本研究利用2021年6−8月在泰山顶的强化观测数据,开展了基于观测的化学盒子模型模拟,结合位于泰山下国控站点(泰安市监测站)同期监测数据的对比分析,探究了泰山顶夏季PM_(2.5)和O_(3)的污染特征及成因机制.结果表明:①观测期间,泰山顶NO2、SO2、CO的日均浓度均明显低于泰山下,而泰山顶O_(3)浓度相对更高.泰山顶O_(3)浓度超标天数为61 d,超标率为67.0%,最长连续超标天数达23 d;泰山顶PM_(2.5)日均浓度亦略高于泰山下.②泰山顶日间(07:00−17:00)O_(3)浓度主要来源于光化学反应,而夜间主要来源于区域传输.观测期间,泰山顶O_(3)的生成主要处于NO_(x)控制区.③随PM_(2.5)小时平均浓度的增加,其中二次无机盐(硫酸盐、硝酸盐和铵盐)浓度增加的比例大于有机物;与清洁时段(PM_(2.5)小时浓度小于35μg/m^(3)的时段)相比,PM_(2.5)污染时段(PM_(2.5)小时浓度大于35μg/m^(3)的时段)二次无机盐浓度占比增加了13.1%.④泰山顶PM_(2.5)日均浓度和O_(3)日最大8 h平均浓度(MDA8 O_(3)浓度)呈显著正相关(R=0.73,P<0.01).观测期间共发生50次PM_(2.5)和O_(3)小时浓度同步升高的现象,O_(3)浓度平均升速为(10.1±5.3)μg/(m^(3)·h),PM_(2.5)浓度平均升速为(9.5±6.4)μg/(m^(3)·h),二者同步升高的持续时间为2~14 h.PM_(2.5)和O_(3)小时浓度同步升高的过程倾向于发生在静风时段,与地面污染物向山顶输送、光化学反应、液相反应及残留层中的传输过程有关.研究显示,泰山O_(3)和PM_(2.5)污染防控需关注周边地区污染物排放及残留层传输的影响.

纳米Fe_(3)O_(4)增强硅橡胶与铁氧体的界面黏结特性试验研究

目的探究纳米Fe_(3)O_(4)增强硅橡胶与铁氧体的界面黏结特性。方法分别开展准静态拉伸试验、界面法向和切向黏结强度试验。采用超弹性理论,分析纳米Fe_(3)O_(4)增强硅橡胶材料的拉伸行为,采用双线性和指数内聚力模型,分析纳米Fe_(3)O_(4)增强与铁氧体的界面破坏行为。结果通过拉伸试验获得了不同纳米Fe_(3)O_(4)含量的硅橡胶的工程应力应变曲线及两参数Mooney-Rivlin模型,小变形范围的模型误差在1%以内,大变形范围的最大误差为3.8%。通过界面强度试验,获得了不同纳米Fe_(3)O_(4)含量的硅橡胶和铁氧体界面的法向和切向力-位移曲线、黏结强度和界面断裂能,得到了界面法向和切向黏结强度内聚力模型参数。结论随着纳米Fe_(3)O_(4)含量增加,硅橡胶的拉伸强度增加,界面法向黏结强度和断裂能增大,而切向黏结强度和断裂能变化不显著。双线性内聚力模型更适合作为纳米Fe_(3)O_(4)增强硅橡胶与铁氧体的界面黏结强度表征模型,界面法向和切向黏结强度变化规律与实测值的吻合程度更高。

Al_(2)O_(3)/HfO_(2)双钝化层微波氢终端金刚石MOSFET特性研究

微波氢终端金刚石器件低纵横比会导致较高的关态漏极泄漏电流,从而降低器件可靠性。文章首先提出一种金属-绝缘体-半导体电容模型揭示了漏极泄漏电流的抑制机理,然后利用高介电常数(High-K)顶部钝化层(Upper Passivation Layer,UPL)对漏极泄漏电流进行抑制,最后制备了40/100 nm Al_(2)O_(3)/HfO_(2)双钝化层氢终端金刚石金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)。实验结果表明,顶部钝化100 nm厚HfO_(2)后的氢终端金刚石MOSFET,在纵横比为7.5的情况下实现了约-3×10^(-7)mA/mm的漏极泄漏电流,射频特性测试表明其截止频率和最高振荡频率分别为6.1 GHz和11.1 GHz。以上结果表明,本文提出的Al_(2)O_(3)/HfO_(2)双钝化层氢终端金刚石MOSFET在高可靠和高频应用方面具有重要意义。

杭州市一次持续性O_(3)污染过程成因分析

明确O_(3)污染成因才能采取有效的O_(3)管控措施。针对杭州市2022年9月4—13日发生的一次持续性O_(3)污染过程,研究了污染发生前、污染暴发期、污染持续期以及污染消除期等不同阶段的气象条件、区域背景O_(3)浓度及前体物挥发性有机物(VOCs)等,基于正定矩阵因子模型并结合O_(3)生成潜势和后向轨迹模型,重点讨论了造成O_(3)污染的关键VOCs、VOCs排放源贡献及其主要来源。结果表明:高温(日最高温度>28.7℃)、低湿(日均湿度<70%)、静稳天气(风速<3 m/s)的气象条件是此次O_(3)污染的主要外因;乙烯、丙烯、1-丁烯、乙醛等为此次污染过程中生成O_(3)的关键VOCs组分,而关键VOCs载荷较高的排放源中,工艺过程源、机动车排放源和油气挥发源为O_(3)污染暴发的主要内因,石化排放源为O_(3)污染持续的主要内因。

边界层方案与垂直混合对京津冀地区O_(3)模拟的影响研究

采用WRF-Chem模式中的3种边界层方案YSU、MYJ和ACM2对2019年6月京津冀及周边地区典型O_(3)污染月份开展模拟研究.详细对比了各方案对地面气象要素、NO_(2)和O_(3)浓度时空分布,以及温湿风要素和O_(3)浓度垂直分布的模拟效果.结果表明:3种方案对地面气象要素的时空分布和温湿风要素的垂直变化模拟较为合理.MYJ方案模拟地面气象要素整体效果最佳.各方案对边界层高度的日变化特征模拟较好,相关系数为0.58~0.69,但存在白天偏高、夜间偏低的现象,YSU方案相比效果最佳.3种边界层方案对NO2浓度模拟普遍高估,而O_(3)模拟结果则出现低估.白天模拟偏差较小而夜间偏差较显著.模拟最佳的是ACM2,其次为YSU和MYJ.3种方案均较好地模拟出了O_(3)的垂直分布特征,但整体低估了O_(3)浓度.对上午O_(3)垂直分布的模拟差异较下午更为明显.此外,基于YSU方案设置了3个敏感实验,通过调整化学模块所用的湍流扩散系数阈值,对比分析了垂直混合过程改变对O_(3)浓度模拟的影响,模拟的变化只反映由于边界层的垂直混合过程改变造成的污染差异,而不是由于热动力场的调整造成的变化.模拟结果表明3个方案均可改善区域上地面NO_(2)和O_(3)的模拟性能,尤其是对原3种边界层方案模拟O_(3)均明显低估的华北平原地区提升效果最显著,平均偏差降低了23.7%.在垂直方向上,湍流扩散系数阈值的调整增加了早间近地面模拟的O_(3)浓度,改善了模拟偏低的现象,但同时增大了高层O_(3)浓度的负偏差.敏感性方案显著改善了夜间的模拟,白天则并不明显.这些结果显示出湍流扩散系数对O_(3)垂直混合的重要影响.因此,改进湍流扩散系数的参数化对O_(3)模拟是必要的.

负载顺序对CoMoP/Al_(2)O_(3)-TiO_(2)催化剂汽油脱硫性能的影响

改变Ti、P、Mo、Co的负载顺序,采用分步浸渍法制备了CoMoP/TiO_(2)-Al_(2)O_(3)。结合XRD、N2吸附-脱附和H2-TPR表征技术,考察负载顺序对催化剂的金属分散状态、孔结构、还原性及模型汽油的选择性加氢脱硫性能的影响。结果表明,与依次负载Ti、Mo、Co、P所得TMCP催化剂及依次负载P、Ti、Mo、Co所得PTMC催化剂相比,依次负载Ti、P、Mo、Co所得TPMC催化剂的Mo分散度较高,具有较大的孔容和平均孔径,较强的金属还原性,较弱的Mo-Al_(2)O_(3)相互作用,在模型汽油脱硫反应中表现出较高的脱硫活性及选择性。

便携式电池正极材料V_(2)O_(5)金属阳离子掺杂筛选工程研究

为了解决阳离子是否可以掺杂进入便携式电池正极材料α-V_(2)O_(5)结构以及掺杂的元素种类问题,基于量子力学的方势垒模型,考虑不同势垒宽度以及势垒修正常数的影响作用,探究在形成的α-V_(2-x)M_(x)O_(5)(M为阳离子)晶体结构中,+5价阳离子相对于V^(5+)阳离子形成结构的概率,并通过第一性原理计算,获得了部分掺杂晶体结构的性能。计算结果表明:仅有31种+5价阳离子可以替代V^(5+)阳离子掺杂进入晶格,其中金属元素为Cr,Mn,Fe,Rb,Sr,Nb,Mo,Sb,Te,La,Ce,Pr,Lu,Pb,Bi,可以进行完全掺杂的元素为P,As,Nb,Mo,Sb,Te,La,Pr,Bi;势垒宽度以及势垒修正常数虽然对筛选结果存在影响,但起不到决定性作用;仿真计算得出的α-V_(2)O_(5)的带隙为2.103 13 eV,Cr,Mn,Fe的掺杂机制遵循n型掺杂机制,掺杂后带隙降低,电子跃迁能力增强。

CaO-SiO_(2)-MgO-Al_(2)O_(3)四元渣系Al2O3活度预测模型

高炉渣系各组元活度对高炉冶炼和产品质量具有重要的影响作用.基于分子-离子共存理论,建立CaO-SiO 2-MgO-Al2O3四元渣系Al2O3活度预测模型;结合试验测定值对其进行验证与修正,最终建立了修正的CaO-SiO 2-MgO-Al2O3四元渣系Al2O3活度预测模型;同时,依据模型计算结果探究R(w(CaO)/w(SiO2)),w(MgO)/w(Al2O3)和w(Al2O3)对Al2O3活度的影响.研究结果表明:修正后的CaO-SiO 2-MgO-Al2O3四元渣系Al2O3活度预测模型具有较高的预测精度,能够很好地预测熔渣Al2O3活度;当w(MgO)/w(Al2O3)=0.40,w(Al2O3)=20%时,随着R增加,Al2O3活度逐渐减小;当R=1.25,w(Al2O3)=20%时,随着w(MgO)/w(Al2O3)增加,Al2O3活度逐渐减小;当w(MgO)/w(Al2O3)=0.40,R=1.25时,随着w(Al2O3)增加,Al2O3活度逐渐增大.

不同大气化学机理对O_(3)模拟生成的影响

研究用臭氧等值线绘制程序(OZIPR)是一种空气质量模型,可以模拟城市大气O_(3)生成过程。本研究使用OZIPR模型,分别结合CB05机理和SAPRC07TC机理,模拟乐山市大气中O_(3)及相关成分的生成。CB05机理和SAPRC07TC机理模拟的O_(3)浓度与实测浓度偏差较小,平均相对偏差小于16%,当O_(3)超标浓度较高时,选择CB05机理更适合,当O_(3)超标浓度较低时,选择SAPRC07TC机理更贴近。CB05机理模拟的氢氧自由基(HOx)、H_(2)O_(2)、HNO_(3)和过氧乙酰硝酸酯(PAN)浓度都高于SAPRC07TC机理,尤其是H_(2)O_(2)和PAN,CB05机理计算的H_(2)O_(2)浓度是SAPRC07TC机理的2.6倍,PAN平均浓度比SAPRC07TC机理高51%左右。

Dy_(2)O_(3)掺杂对MnZn铁氧体的结构及高频电磁特性的影响

采用固相反应法制备了Dy_(2)O_(3)掺杂MnZn铁氧体,分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、振动样品磁强计(VSM)、LCR表以及B-H仪等对样品的结构和电磁性能进行表征。结果表明,在Dy_(2)O_(3)掺杂量为0~0.1 wt%,样品均为单相立方尖晶石结构;当Dy_(2)O_(3)掺杂量为0.05 wt%,样品呈现出较大的晶粒尺寸和密度,此时,具有最大的饱和磁化强度95.8 A·m^(2)/kg和最小的矫顽力55.9 A/m;起始磁导率提高至845,相对于未掺杂样品增幅为32%,在1 MHz、50 mT、25℃的测试条件下,损耗降低幅度为20%;此外,利用等效电路模型对不同Dy_(2)O_(3)掺杂量样品进行了晶粒电阻和晶界电阻分离,并初步分析了Dy元素影响MnZn铁氧体涡流损耗的机制。

基于CMAQ模型分析成都市O_(3)对气象因子的灵敏度

基于成都市2017年7月O_(3)浓度及气象数据,本研究采用WRF-CMAQ模型对成都市夏季O_(3)进行模拟评估,并采用情景分析法分析夏季O_(3)对气象因子的灵敏度。结果表明,成都市夏季O_(3)浓度对温度、绝对湿度和大气压强的灵敏度分别为0.6271 ppb·K^(-1)、-0.0326 ppb·%^(-1)、-0.00335 ppb·%^(-1)。O_(3)浓度对气象因素的灵敏度表现为:温度>绝对湿度>大气压强。另外,夏季成都市O_(3)浓度对各气象因素扰动的响应程度在空间上分布不均。

我国省域CO_(2)-PM_(2.5)-O_(3)时空关联效应与协同管控对策

首先分析了2015~2019年我国省域CO_(2)排放量和大气PM_(2.5)、O_(3)污染浓度的时空特征及三者变化量之间的关联效果.而后利用排放因子法编制2011~2019年各省CO_(2)和PM_(2.5)、O_(3)前体物的排放清单,结合STIRPAT模型分情景预测了CO_(2)和PM_(2.5)、O_(3)前体物的协同效应,并建立评级体系识别重点管控区域并对其开展分部门的协同效应解析,最后提出分级协同管控对策.研究结果表明,53%的省份CO_(2)减排与PM_(2.5)浓度下降之间不存在关联效果,87%的省份CO_(2)减排与O_(3)浓度下降之间不存在关联效果.2012~2014年我国CO_(2)与PM_(2.5)具有协同效应,而2015~2019年则不具有该效应,另多数研究年份CO_(2)与O_(3)前体物具有协同效应,但并未出现减污降碳协同效应.基于协同效应系数分析,低碳情景下达到协同效应的省份多于基准情景.根据评级体系将所研究的省份分为4级管控区域,“Ⅰ级管控区域”各部门应优先考虑CO_(2)和PM_(2.5)的协同减排,“Ⅱ级管控区域”各部门应优先考虑CO_(2)和O_(3)的协同减排,建议各部门参照低碳情景发展,“Ⅰ、Ⅱ级管控区域”需合理调控人口和城镇化率,优化能源结构等.

TiO_(2)/Al_(2)O_(3)复合载体的气体传质模拟与结构优化

为优化TiO_(2)/Al_(2)O_(3)复合载体结构用于高通量全硅Deca-Dodecasil 3R(DD3R)分子筛膜的制备,构建基于黏性流和克努森扩散的气体传质模型,并结合实验获得模型所需参数,探讨了操作条件与结构参数对复合载体内气体渗透的影响。结果表明:单组分气体流率的模型计算值与实验值吻合较好,验证了模型的可靠性;增加压力或降低温度均会减少克努森扩散对气体渗透的影响;CO_(2)通过复合载体的多层非对称结构时,传质阻力主要集中在TiO_(2)层与海绵层。在DD3R分子筛膜已有工作的基础上,通过建立载体与分子筛膜CO_(2)渗透性之比的等值线图,揭示了TiO_(2)/Al_(2)O_(3)复合载体渗透性与TiO_(2)层、海绵层结构参数(孔径和层厚)间的协同关系。

微波-Fe(Ⅱ)/S_(2)O_(8)^(2-)耦合强化污泥溶胞与定向甲烷转化

本研究探讨了微波-Fe(Ⅱ)/S_(2)O_(8)^(2-)耦合预处理对污泥溶裂、甲烷转化以及有机物降解的影响,结果表明,单一微波预处理可促进污泥厌氧消化,而微波-Fe(Ⅱ)/S_(2)O_(8)^(2-)耦合预处理则有利于强化污泥细胞溶裂,缩短厌氧停留时间,提高有机质去除率,处理效果与微波瓦数和氧化剂投加量成正比.其中,微波辐射640 W,Fe(Ⅱ)/S_(2)O_(8)^(2-)=0.8/1.0 mmol·g^(-1)-TS为最佳预处理条件,此时污泥溶解性多糖(soluble polysaccharides,SPS)增溶量较对照组高7.5倍,厌氧产气率仅在4 d即可达到峰值,厌氧停留时间较其他预处理污泥缩短约75.7%,且SPS去除率达到98.6%.一级动力学模型模拟揭示,污泥水解速率与产甲烷性能无必然联系,基质本身的产甲烷潜力则是影响和决定其最终甲烷产量的关键制约因子.能量评估结果进一步表明,尽管耦合预处理未能获得明显的能量输出,但单位干基污泥的处理能耗节约20.1 kWh·kg^(-1),仅为原来的45%—60%.

基于随机森林模型的太原市夏季大气挥发性有机物分析

当前,挥发性有机物(VOCs)作为O_(3)的重要前体物得到广泛关注,但对于解耦气象因素的VOCs真实排放情况了解有限。在太原市夏季O_(3)污染时期进行VOCs样品采集,研究期间VOCs体积分数均值为30.6×10^(-9)±9.3×10^(-9),平均温度为26.7℃±3.3℃,光解速率(以NO_(2)代表,J_(NO_(2)))日峰值为9.2 s^(-1)±1.0×10^(-3)s^(-1)。为厘清人为排放和气象因素对VOCs的影响,使用基于机器学习的随机森林模型,量化去气象前后VOCs浓度变化。结果表明,气象归一化后TVOCs体积分数降幅为0.4%,表明太原市夏季不利的气象条件导致TVOCs浓度增加。

高强海工钢厚板中氧化铝夹杂演变行为模拟

为研究轧制工艺对高强海工钢中夹杂物破碎情况的影响规律,对含夹杂物厚板进行了有限元分析,并采用热压缩变形实验对夹杂物演变进行了物理模拟。结果表明:Al_(2)O_(3)夹杂物的破碎是由与基体相接触的表面逐渐传导至心部,并在中间位置发生断裂;夹杂物尺寸越大,越容易破碎,当尺寸达到一定值时,尺寸对夹杂物破碎行为的影响会越来越小;相较于相同压下率下的等温轧制,差温轧制厚度方向变形更为均匀,更容易达到心部位置处夹杂物的破碎条件。热变形结果显示,大尺寸(Φ80~Φ100μm)夹杂物发生严重破碎,小尺寸(≤Φ5μm)夹杂物未发生明显破碎,与有限元模拟结果具有一致性。

不同超细氧化物掺杂钼合金棒材的拉伸性能及强化机理

通过水热合成、共沉淀、共分解、粉末冶金和旋锻方法制备了3种掺杂2.0%(体积分数)不同氧化物(Al_(2)O_(3)、ZrO_(2)和La_(2)O_(3))的钼合金棒材。3种纳米氧化物均使钼晶粒细化70%以上,且使合金的断裂模式从脆性断裂转变为韧性断裂,从而显著提高钼合金的综合力学性能,克服强度和韧性之间的矛盾。在3种钼合金中,Mo-ZrO_(2)合金具有最佳的强度和塑性,这归因于细小的ZrO_(2)颗粒以及ZrO_(2)与钼基体之间的半共格界面。此外,建立了与位错密度、氧化物体积分数和尺寸以及钼晶粒尺寸相关的定量强化模型。

Fe_(3)O_(4)强化高铁酸盐体系处理刚果红废水的试验研究

文章旨在研究Fe_(3)O_(4)强化高铁酸盐体系处理刚果红废水的工艺条件和各因素的影响规律,为高铁酸盐体系在染料废水处理中的应用提供技术支撑。通过单因素试验,考察了K_(2)FeO_(4)投加量、Fe_(3)O_(4)投加量、pH值等对刚果红废水处理效果的影响,并通过RSM模型确定最优反应条件。结果表明,在K_(2)FeO_(4)分2次投加34.65 mg、Fe_(3)O_(4)投加97.53 mg、pH=6.56、反应时间为20 min的条件下,色度为433倍、COD质量浓度为346 mg/L的刚果红废水脱色率达88.41%,COD去除率为60.20%。淬灭实验表明,体系中活性物种为Fe(Ⅴ)与Fe(Ⅳ),此外,·OH也发挥了一定作用。Fe_(3)O_(4)的投加提升了K_(2)FeO_(4)体系处理染料废水的能力,为Fe_(3)O_(4)强化高铁酸盐体系的实际应用提供了理论基础。

NCM811正极材料充放电过程中的应力

锂离子电池在充放电过程中,电极材料的变形会引起高镍层状正极材料容量衰减。使用力-化耦合模型并结合COMSOL软件,对正极材料充放电过程中的浓度场和应力场分别求解,采用COMSOL软件分析LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)(NCM811)正极材料锂化过程中浓度场及应力场的变化,将理论计算结果与实验进行对比。各向异性单晶NCM811材料的残余应力远小于各向同性多晶材料,残余应力是致使多晶材料易坏的主要因素。