CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的电离特性试验研究

为评估CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的绝缘性能,研究了其在电场中的电离特性。通过稳态汤逊实验(SST)测量获得了CF3SO2F摩尔分数分别为10%、20%、30%、40%、100%的CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的有效电离系数和临界约化场强,研究了混合比例、约化场强和电极距离对其电离特性的影响,并比较了CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体相对于SF6的绝缘强度。结果表明:CF_(3)SO_(2)F摩尔分数为10%时,CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的电离特性与N_(2)类似;随着CF_(3)SO_(2)F占比增大至20%以上后,CF3SO2F/N2混合气体的电离特性逐步由CF_(3)SO_(2)F主导;CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体相对于SF6的理论绝缘强度随着CF_(3)SO_(2)F摩尔分数的增大而增大,40%CF_(3)SO_(2)F/60%N_(2)混合气体的临界约化场强约为SF_(6)的1.01倍,但其对电场变化的敏感程度不如SF6。研究结果可为CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的绝缘强度评估提供理论基础。

新型环保绝缘介质CF_(3)SO_(2)F混合气体电弧等离子体输运参数计算与影响因素分析

绝缘气体输运参数计算对于其绝缘灭弧性能和其他宏观物性研究具有重要意义。首先基于最小吉布斯自由能方法,获得了CF_(3)SO_(2)F混合气体在300~30000 K温度下的粒子组分。在粒子组分的基础上,采用Chapman-Enskog方法求解Boltzmann方程,计算了0.01~1 MPa压强范围内CF_(3)SO_(2)F混合气体的输运系数(电导率、热导率和黏滞系数),重点考察了气压、混合比例和缓冲气体类别对CF_(3)SO_(2)F混合气体输运参数的影响。结果表明:增大气压会抑制气体解离和电离反应,延缓升温过程对输运系数的影响;增大CF_(3)SO_(2)F混合比例则会直接影响体系主要粒子的相对含量,进而使解离和电离反应的温度发生变化,导致低温区的电导率和中高温区的黏滞系数增大,中高温区的热导率减小;与前两者相比,气体混合类别对输运参数影响较小。此外,相比SF_(6),CF_(3)SO_(2)F混合气体具有更大的热导率和更小的黏滞系数,能够更有效地将焦耳热传递到电弧外从而避免弧后击穿。该研究不仅为CF_(3)SO_(2)F混合气体用于高压电气设备提供一定的指导,也为进一步评估其绝缘和灭弧能力及绝缘气体配置优化提供了必要的数据支撑。

CF_(3)SO_(2)F及其混合气体电弧等离子体粒子组分与物性参数计算

CF_(3)SO_(2)F是一种有望替代SF_(6)的新型环保绝缘气体,计算CF_(3)SO_(2)F及其混合气体在不同温度下的粒子组成和物性参数对进一步研究其绝缘性质和灭弧能力有重要意义。该文首先深入研究CF_(3)SO_(2)F及其混合气体电弧等离子体粒子组分,并基于吉布斯自由能最小化方法计算得到等离子体在300~30000 K温度范围内的平衡组分;其次根据标准统计热力学关系和Chapman-Enskog方法,在不同气体压力和混合比例下,计算得到等离子体各项热力学参数和输运参数随温度的变化规律;然后探讨了不同缓冲气体对CF_(3)SO_(2)F混合体系的影响,并比较了CF_(3)SO_(2)F与其他常见绝缘气体SF_(6)和C_(4)F_(7)N的相关性质;最后综合分析了CF_(3)SO_(2)F气体的热电弧开断能力。结果表明,在较高的气压下,CF_(3)SO_(2)F气体的分解和电离反应可以被有效抑制;此外,比定压热容分析表明该气体在混合气体中的比例越高,低温区的分解反应越剧烈,高温区的电离反应越平缓;气体种类也会显著影响等离子体的输运特性,不同体系中电导率大小和热导率峰位置等存在较大差异;根据质量密度和比定压热容的乘积(ρc_(p))指标还可以推断CF_(3)SO_(2)F具有较常见绝缘气体C_(4)F_(7)N更强的热电弧开断能力,尽管引入缓冲气体会降低其开断能力,但引入CO_(2)对灭弧性能的负面影响更小。

CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体中柱式环氧树脂绝缘子沿面闪络特性

CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体是一种潜在的SF6替代气体,但其沿面闪络特性目前仍有待研究。该文结合三氟甲基磺酰氟(CF_(3)SO_(2)F)已有研究成果,综合考虑液化温度、运行工况、应用成本等多方面因素,主要研究CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体。通过搭建直流、工频、雷电冲击等不同电压形式下的沿面闪络实验平台,开展了均匀电场下混合气体中的沿面闪络特性研究,并与SF6进行了对比。通过研究发现:不同电压形式下的沿面闪络电压随气压升高而呈增长趋势。在直流电压下,0.8MPa下混合体积比为12%CF_(3)SO_(2)F/88%N_(2)的混合气体相对沿面绝缘强度为0.5MPa下SF6的90%以上;在工频交流电压和雷电冲击电压下,前者的相对沿面绝缘强度分别接近后者的70%和90%。此外,还对实验后样品表面形貌进行了对比分析,发现不同电压形式下,混合气体中实验后样品表面闪络痕迹的形状与颜色均存在差异,其中工频交流电压沿面闪络对样品表面的损伤最严重。该文结论可为CF_(3)SO_(2)F绝缘设备的绝缘设计提供参考。

H_(2)SO_(4)-Fe_(2)(SO_(4))_(3)浸出铜精矿过程中铁形态转化研究

H_(2)SO_(4)-Fe_(2)(SO_(4))_(3)浸出体系因其具有成本低、腐蚀性较低等特点,被广泛应用于铜精矿的浸出。由于溶液中Fe的形态变化决定着浸出工艺的经济效益,因此针对浸出液中不同条件下的铁形态进行了研究。研究表明,Fe^(3+)与Fe^(2+)之间的转化主要涉及电子转移,不会改变H^(+)浓度;当浸出液pH值达到2时,会产生大量黄钾铁矾沉淀,并夹杂着质量分数为1.0%的Cu和质量分数为0.5%的Zn;当浸出液中Fe^(2+)质量浓度超过46.5 g/L时,在常温下会产生FeSO_(4)·7H_(2)O结晶,并夹杂着质量分数为1.9%的Cu和质量分数为1.0%的Zn。

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。

NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系隔膜电解铜电化学研究

PCB板(印刷电路板)剪裁铣削渣中含有金属铜和铝,且塑料含量高,采用电化学溶解隔膜电积工艺可以实现铜的剥离并得到高品位阴极铜。该工艺具有流程短、电流效率高、产品纯度高等优点,具有广阔的应用前景,但其电化学机理尚不明确,本文以PCB制造过程中产生的含铜固废作为阳极,采用钛板为阴极,在NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系中采用隔膜电解工艺进行了一系列试验,包括不同铵盐体系、氨/硫酸铵体系中不同电极、氨/硫酸铵体系不同电解液组成的电化学行为曲线以及NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系电沉积铜的控制步骤、成核机理等。结果表明,氨/硫酸铵体系中电积铜的起始还原电位最低,电积时电耗较低,且该体系中氢的析出电位均较负,可避免因析出氢气降低阴极电流效率的副反应;NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系中Cu^(2+)在钛电极表面的电沉积反应为不可逆过程,且为双电子一步转移过程,控制步骤为扩散控制;Cu^(2+)在钛电极上的成核机理接近于瞬时成核。该研究成果可为NH_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)体系隔膜电解铜工艺提供理论参考。

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。

五种吸附剂与C_(4)F_(7)N气体及CF_(3)SO_(2)F气体的相容性试验研究

全氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)和三氟甲基磺酰氟(CF_(3)SO_(2)F)是两种具有应用前景的SF_(6)替代气体,有必要研究其与设备中常见吸附剂的相容性。该文通过试验研究了五种常用的吸附剂(3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛及活性氧化铝)与C_(4)F_(7)N气体、CF_(3)SO_(2)F气体的相容性,采用C_(4)F_(7)N/CO_(2)、CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体进行试验,检测试验前后混合气体的比例及成分,发现活性氧化铝会使C_(4)F_(7)N气体体积分数下降,但不会使CF_(3)SO_(2)F气体体积分数下降;其他几种吸附剂均不会使两种气体体积分数下降。分析表明,C_(4)F_(7)N气体分子的CN基团会与活性氧化铝发生弱相互作用,从而导致其被活性氧化铝吸附,因此活性氧化铝不适合作为C_(4)F_(7)N气体设备中的吸附剂。该文涉及的五种吸附剂均与CF_(3)SO_(2)F气体相容。

基于第一性原理的新型环保绝缘介质CF_(3)SO_(2)F相容性评估

利用基于第一性原理的计算模拟从微观角度研究了新型环保绝缘介质CF_(3)SO_(2)F与常见电工设备表面的气固相容特性。首先,应用前线分子轨道理论分析确定了CF_(3)SO_(2)F分子易与设备表面发生相互作用的潜在位点;然后,通过计算模拟分析了CF_(3)SO_(2)F气体介质与5种典型电工设备固体表面的作用强度和电荷转移,同时研究了SF_(6)气体作为对照;再后,深入分析了CF_(3)SO_(2)F与SF_(6)气体相似相容性质的来源;最后,通过分子动力学模拟研究了CF_(3)SO_(2)F与典型固体表面的动态相容性。结果表明,由于相似的活泼原子电子结构,CF_(3)SO_(2)F具有与SF_(6)相近的高稳定性与优秀气固相容性,尤其对于接触表面为铜、氧化铜、氧化铝和环氧树脂的电工设备中,但CF_(3)SO_(2)F与金属铝表面的相容性较差。实验验证了介质与氧化铜和氧化铝表面的优秀相容性,支持了计算方法的有效性。

β-Ga_(2)O_(3)(010)表面对新型环保绝缘气体CF_(3)SO_(2)F的气敏响应特性

CF_(3)SO_(2)F作为一种新型的环保绝缘气体,有望取代绝缘气体SF_(6)。考虑到CF_(3)SO_(2)F的生物毒性,开发用于泄漏检测的高灵敏度传感器具有重要的工程意义。为此,基于第一性原理,计算分析了本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面对CF_(3)SO_(2)F的气敏响应特性以及氧空位缺陷对CF_(3)SO_(2)F在β-Ga_(2)O_(3)(010)表面吸附性质的影响。CF_(3)SO_(2)F吸附前后,本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面吸附体系的功函数发生了显著变化,且室温下的恢复时间短。此外,环境分子O_(2)和CO_(2)的存在并不影响本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面对CF_(3)SO_(2)F的选择性检测。因此,本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面可作为CF_(3)SO_(2)F潜在的场效应晶体管型气敏器件材料,且该器件具有较高的稳定性,良好的选择性,较高的灵敏度和可重复利用性。氧空位缺陷的引入使β-Ga_(2)O_(3)(010)表面吸附体系在环境分子O_(2)和CO_(2)存在的情况下无法对CF_(3)SO_(2)F气体进行选择性检测。因此,在β-Ga_(2)O_(3)(010)表面材料的合成过程中应尽可能避免氧空位缺陷的存在。论文从理论上证明了本征β-Ga_(2)O_(3)(010)表面可作为一种潜在的CF_(3)SO_(2)F场效应晶体管型气敏材料,对后续的实验制备气敏传感器具有指导作用。

不均匀电场下CF_(3)SO_(2)F混合气体的工频击穿特性

在球-球和尖-板电极下测量了新型环保绝缘混合气体CF_(3)SO_(2)F/N_(2)和CF_(3)SO_(2)F/CO_(2)的工频击穿电压,分析了气压、电极间距和电场不均匀度等因素对混合气体工频击穿特性的影响,并与SF_(6)进行了对比。结果表明:稍不均匀电场下CF_(3)SO_(2)F混合气体的工频击穿电压与气压为正向线性关系,随间距增长击穿电压出现微弱的饱和趋势。极不均匀电场下CF_(3)SO_(2)F混合气体的工频击穿电压随气压变化呈现“上升-下降-上升”的“驼峰”曲线,“驼峰”峰值对应的气压值在0.2~0.35 MPa之间。其中CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体的工频击穿电压整体大于CF_(3)SO_(2)F/CO_(2)混合气体。在0.3 MPa及以上,CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体在极不均匀电场下仍可保持较高的相对SF_(6)绝缘水平,具备良好的应用潜力。

Cu(CF_(3)SO_(3))2/g-C_(3)N_(4)的制备及其对亚甲基蓝的光催化降解

先以三聚氰胺为前驱体,制备g-C_(3)N_(4)粉末,再采用溶剂热法制备Cu(CF_(3)SO_(3))2/g-C_(3)N_(4)复合光催化材料。考察Cu(CF_(3)SO_(3))2/g-C_(3)N_(4)复合光催化材料在可见光下催化降解亚甲基蓝的性能,并对其进行光催化动力学分析。结果表明,制备的Cu(CF_(3)SO_(3))2/g-C_(3)N_(4)复合样品呈管状结构,对亚甲基蓝的降解过程符合一级动力学方程。其吸附性能远高于g-C_(3)N_(4),150 min对亚甲基蓝的降解率达到96.6%;在重复使用4次后,对亚甲基蓝的降解率仍然可以保持84.3%。

CF_(3)SO_(2)Na为氟源“一锅法”合成四个三氟甲基吡啶化合物

从原料价廉易得、反应条件温和、后处理简洁和产率较高的原则出发,设计了一条制备三氟甲基吡啶化合物的优化合成路线。以CF_(3)SO_(2)Na为CF_(3)源,在叔丁基过氧化氢(TBHP)作用下,在吡啶不同位点引入三氟甲基,得到了一系列目标化合物,其中化合物A1收率为68.3%,化合物A2收率为64.9%,化合物A3和A4收率分别为79.3%和78.6%,其结构经1H-NMR和MS确证。

玉米秸秆和Al_(2)(SO_(4))_(3)对苏打盐碱土主要盐碱化指标的影响

采用室内培养试验研究添加玉米秸秆和Al_(2)(SO_(4))_(3)对苏打盐碱土pH值、可溶性盐含量和阳离子交换量的影响,旨在为盐碱土合理改良利用提供理论依据。研究发现,加入玉米秸秆和Al_(2)(SO_(4))_(3)后,苏打盐碱土pH值有不同程度的降低。当Al_(2)(SO_(4))_(3)加入量为0%~0.8%时,随着Al_(2)(SO_(4))_(3)加入量的增加,苏打盐碱土pH值急剧下降,而当Al_(2)(SO_(4))_(3)加入量继续增加时,则pH值变化较缓慢。Al_(2)(SO_(4))_(3)加入量相同时,玉米秸秆的添加对降低苏打盐碱土的pH值具有略微促进的作用。在玉米秸秆和Al_(2)(SO_(4))_(3)的共同作用下,苏打盐碱土Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)和Mg^(2+)的含量均升高,而CO_(3)^(2-)和HCO_(3)^(-)的含量则随着玉米秸秆和Al_(2)(SO_(4))_(3)加入量的增加而逐渐降低。玉米秸秆和Al_(2)(SO_(4))_(3)的加入使苏打盐碱土的阳离子交换量也有所增加,阳离子与土壤胶体上的Na^(+)进行置换,最终使苏打盐碱土碱化度下降。综合而言,试验条件下,15%玉米秸秆和0.8%Al_(2)(SO_(4))_(3)对苏打盐碱土的改良效果最佳。

Ca(H_(2)PO_(4))_(2)-H_(3)PO_(4)-K_(2)SO_(4)体系中石膏晶型及形貌调控

为将Ca(H_(2)PO_(4))2制备KH_(2)PO_(4)过程中的石膏资源化利用,以H_(3)PO_(4)与CaCO_(3)反应制备Ca(H_(2)PO_(4))2溶液,并与K_(2)SO_(4)溶液反应,进行Ca(H_(2)PO_(4))_(2)-H_(3)PO_(4)-K_(2)SO_(4)体系中石膏晶型和形貌调控研究。结果表明:通过改变反应时间、反应温度、SO^(2-)/_(4)过量系数和CaO含量等参数可对Ca(H_(2)PO_(4))_(2)-H_(3)PO_(4)-K_(2)SO_(4)体系中石膏晶型和形貌进行调控,制得短柱状α-CaSO_(4)·0.5H_(2)O。体系在温度高于95℃和CaO含量为3.0%~5.0%(质量分数,下同)时形成α-CaSO_(4)·0.5H_(2)O,在CaO含量为5.5%主要形成CaSO_(4)·2H_(2)O;反应时间长于20 min和SO^(2-)/_(4)过量系数大于1.4将形成K_(2)SO_(4)(CaSO_(4))_(5)·H_(2)O,导致石膏晶体表面缺陷增加。本实验条件下,适宜反应条件为:反应时间10 min、反应温度95℃、SO^(2-)/_(4)过量系数1.2和CaO含量5.0%,此条件下可制得长度42~70μm、直径13~24μm的短柱状α-CaSO_(4)·0.5H_(2)O,其抗折和抗压强度分别可达5.61 MPa和33.74 MPa,滤液中钾收率和脱钙率分别可达94.23%和83.80%。

极性碘酸盐Zn(IO_(3))_(2)粉体的合成及光催化性能

以碘酸和乙酸锌作为起始原料,利用水热法制备了极性碘酸盐Zn(IO_(3))_(2)粉体;采用XRD、SEM等手段检测了Zn(IO_(3))_(2)的晶体结构和形貌;通过紫外可见漫反射光谱测试了Zn(IO_(3))_(2)粉体的光吸收性能;以罗丹明B为目标降解物,在紫外光照射下测试了Zn(IO_(3))_(2)粉体的光催化活性。研究结果表明:Zn(IO_(3))_(2)粉体的禁带宽度为4.48 eV,BET比表面积仅有1.27 m^(2)/g,但是其仍表现出优异的光催化活性,在紫外光照射6 min后约有97%的RhB被光降解,这主要是因为其内极化电场的存在为其光生载流子的分离提供了极大的助力。

(NH_(4))_(2)SO_(4)-NH_(3)-H_(2)O体系浸出高碱性脉石低品位氧化铜矿

以高碱性脉石低品位氧化铜矿为研究对象,针对该矿样钙镁含量高的特点,采用氨水-硫酸铵浸出体系进行了常温常压浸出实验.针对该矿样的主要含铜矿物孔雀石(Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)),基于质量和电荷的双守恒的条件下构建的浸出体系中建立Cu_(2)(OH)_(2)CO_(3)-(NH_(4))_(2)SO_(4)-NH_(3)-H_(2)O的热力学模型,采用Matlab的拟合功能与diff和solve函数算出不同硫酸铵浓度时氨浸出孔雀石的最佳氨浓度和总铜离子浓度.实验考察了浸出氨水浓度、氨铵比、液固比对铜浸出率的影响.实验结果表明,高碱性脉石氧化铜矿石适宜浸出条件为氨水浓度1.2 mol/L,氨铵比2∶1,液固比3∶1,该条件下铜浸出率较高,达到约70%.实验结果与热力学计算结果基本吻合.

Ca(H_(2)PO_(4))_(2)-H_(3)PO_(4)-K_(2)SO_(4)体系两步法制备KH_(2)PO_(4)过程中硫酸钙晶型和形貌调控

在Ca(H_(2)PO_(4))_(2)-H_(3)PO_(4)-K_(2)SO_(4)体系中,通过调控较低温度下CaSO_(4)·2H_(2)O结晶和较高温度下CaSO_(4)·2H_(2)O向CaSO_(4)·0.5H_(2)O转晶的两步法晶化反应,制备KH_(2)PO_(4)及副产品α型半水硫酸钙。研究了反应条件对两步晶化过程中CaSO_(4)晶型和形貌、磷钾收率和脱钙率的影响。结果表明,反应温度、反应时间、K_(2)SO_(4)溶液浓度、SO_(4)^(2-)过量系数、CaO/P_(2)O_(5)摩尔比和P_(2)O_(5)含量等参数的变化对CaSO_(4)晶型形貌、磷钾收率和脱钙率具有明显影响。一步反应和结晶温度为70℃、反应和结晶时间为60 min、二步转晶温度为102℃、转晶时间为5.0 h、K_(2)SO_(4)质量分数10%、SO_(4)^(2-)过量系数1.2、CaO/P_(2)O_(5)摩尔比0.20、P_(2)O_(5)质量分数25%条件下,滤液钾收率、磷收率和脱钙率分别达98.35%,91.43%和89.74%,制得石膏样品晶型为α-CaSO_(4)·0.5H_(2)O、形貌呈六棱形锥面短柱状、2 h抗折强度和绝干抗压强度分别达5.70 MPa和35.07 Mpa、强度等级达到JC/T 2038-2010《α型高强石膏》α30要求。制得的磷酸二氢钾纯度达80%以上。

C-S-H-PCE协同Al_(2)(SO_(4))_(3)对锂渣复合水泥水化性能影响

为了提升锂渣复合水泥浆体早期强度发展,研究了水化硅酸钙晶核与聚羧酸减水剂复合物(C-S-H-PCE)及Al_(2)(SO_(4))_(3)对锂渣复合水泥水化性能的协同效应。结果表明,C-S-H-PCE与Al_(2)(SO_(4))_(3)协同促进锂渣复合水泥浆体凝结硬化。2%C-S-H-PCE复配6%Al_(2)(SO_(4))_(3)使得复合水泥初凝时间和终凝时间分别缩短71.2%和68.1%,复合水泥砂浆1 d、3 d和28 d抗压强度分别增长37.6%,33.1%和9.9%。C-S-H-PCE通过提供成核位点促进硅酸盐矿物早期水化及锂渣后期火山灰反应,使得水化诱导期缩短,水化第二放热峰逐渐前移,水化放热总量和CH生成量增加。Al_(2)(SO_(4))_(3)溶解出Al3+促进钙矾石(AFt)生成,且可促进锂渣矿物相溶解并参与火山灰反应,使得硬化体系密实性提高。