SDBS调控ZnO/CaCO_(3)复合材料的制备及光催化性能研究

以ZnCl_(2)、CaCl_(2)和Na2CO_(3)为反应物,以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为分散剂和形貌的调控剂,采用共沉淀法制备了ZnO/CaCO_(3)复合材料。XRD和FT-IR结果显示,ZnO/CaCO_(3)复合材料中包含六方纤锌矿结构的ZnO以及方解石型CaCO_(3)。SEM表明,加入SDBS后,改善了ZnO微粒团聚性。复合材料中ZnO是由片层松散排列在一起所形成的类球形,而CaCO_(3)为边长4μm左右且表面光滑的六面体形。光催化性能测试表明,ZnO/CaCO_(3)复合材料比ZnO具有更好的光催化降解性能,这可能得益于SDBS在材料合成过程中的调控作用以及复合材料中ZnO和CaCO_(3)的协同作用。经过5次循环降解实验后,ZnO/CaCO_(3)复合材料对亚甲基蓝的降解率仍超过94%,说明该复合物具有良好的光催化稳定性。

碱溶性聚酯/碳酸钙/聚酯(COPET/CaCO_(3)/PET)多孔纤维制备及性能研究

采用自制的碱溶性聚酯/碳酸钙(COPET/CaCO_(3))母粒与聚酯(PET)母粒,经熔融纺丝实现对传统PET纤维的改性,结合单因子控制变量法优选碱酸处理制备COPET/CaCO_(3)/PET多孔纤维的最佳工艺参数,并对纤维性能进行测试与表征。结果表明,当NaOH质量分数为4%、HCL质量分数为3%时,纤维具有较好的表观形态和孔隙结构。在最优处理条件下,纤维内部含有较多分布均匀的孔隙,孔径主要集中分布在15~54nm。此时,纤维的断裂强度、线密度、比表面积和熔融温度分别为1.29cN/dtex、4.84dtex、5.5273m^(2)/g和253.85℃。

基于层状锌铝复合氢氧化物前驱体优化制备Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)气相醛加氢催化剂

以偏铝酸钠作为铝源通过一步法、两步法和混合法引入Cu制备基于ZnAl-LDH前驱体的3种不同的Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,对催化剂及其前驱体结构性质进行表征,结合辛烯醛(2-乙基-2-己烯醛,EPA)加氢反应评价结果,探究不同制备方法、不同铝的引入方式对ZnAl_(2)O_(4)尖晶石形成的影响,考察不同条件下所得催化剂的结构与反应性能之间的构效关系。结果表明:与工业催化剂相比,在辛烯醛气相加氢反应中混合法制得的催化剂与工业催化剂活性相当,产物选择性在空速1.5 h^(-1)时高于工业剂1.9%,在空速4.0 h^(-1)时高于工业剂2.5%;以偏铝酸钠作为铝源制备的ZnAl-LDH前驱物大大提高锌铝结合效率,减少非结合Al_(2)O_(3)的产生,提高产物选择性,同时实现380℃低温焙烧条件下ZnAl-LDH向ZnAl_(2)O_(4)尖晶石的转变,避免传统的高温焙烧过程中CuO的烧结。

单层Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂的制备及对盐酸四环素的降解应用

采用二甲基亚砜(DMSO)插层法制备单层Ti_(3)C_(2)T_(x),并用共沉淀法合成了高催化活性的Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段进行表征。结果表明:ZnO与Ti_(3)C_(2)T_(x)复合后,其光催化性能得到了明显提升,当Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO复合比例为16%时,其具有最佳的降解效果,在可见光照射2h下对盐酸四环素(TCH)降解率可达91.36%。光催化活性的提高主要由于Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO表面形成的肖特基势垒有效地抑制了电子空穴的复合,提高了光催化效率。

菹草(Potamogeton crispus)叶面CaCO_(3)-P沉淀物产生的关键影响因子分析

沉水植物光合作用形成的微环境有利于水体中钙和磷形成CaCO_(3)-P共沉淀,但在不同水环境因子下水体中钙和磷形成CaCO_(3)-P共沉淀的能力不同。本研究以菹草(Potamogeton crispus)为研究对象,研究不同钙浓度(0、20、35、50、65 mg/L)、碱度(0、100、200、300、400 mg/L CaCO_(3))、磷浓度(0、0.1、0.2、0.3、0.4 mg/L)和温度(11、14、17、20℃)对菹草削减水体磷的能力及对CaCO_(3)-P共沉淀产生的差异,并通过分析无植物对照组培养液的饱和指数变化趋势,揭示植物介导下CaCO_(3)-P的发生规律,为湖泊生态修复中沉水植物的选择提供理论依据。结果表明:①在菹草培养组中,总磷(TP)和溶解性磷酸盐(SRP)浓度显著下降,并且不同处理组之间存在显著差异。随着钙浓度的增加,各处理组的TP和SRP浓度均呈减小趋势,而添加钙浓度导致减幅进一步提高。相比之下,在无菹草对照组中,TP和SRP浓度没有显著变化。这表明菹草的引入促进了水中磷的去除效率。②各处理组CaCO_(3)-P共沉淀量随碱度的增加而增加,碱度为400 mg/L CaCO_(3)时,产生最大CaCO_(3)-P共沉淀量,说明菹草在碱性水环境中更有利于产生CaCO_(3)-P共沉淀。共沉淀在中等磷水平(0.2 mg/L)产生量最高,每株菹草每天平均产生23.12 mg共沉淀量。实验验证了自然水体磷浓度对菹草叶面CaCO_(3)-P共沉淀量的产生差异较小,共沉淀在中等温度水平(17℃)含量最高,每株菹草每天平均产生16.61 mg共沉淀量,说明菹草在适宜温度下产生共沉淀的差异不大。以上结果表明,碱度相较于磷浓度及温度对菹草的CaCO_(3)-P共沉淀量影响更大。③在水环境因子相同的情况下,无菹草对照组碳酸钙饱和指数(方解石和霰石饱和指数)均大于0,说明有结晶趋势,但在实验期间并未产生沉淀,而添加菹草的处理组产生了不等量的CaCO_(3)-P共沉淀,表明沉水植物也可通过共沉淀的方式削减水体磷负荷,为湖泊富营养化的治理提供理论支撑。

Al_(2)O_(3)前驱体对Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化甲醇重整制氢性能的影响

采用共沉淀法制备了一系列Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,通过XRD、BET、H_(2)-TPR、N_(2)O化学吸附、XPS表征技术,研究了Al_(2)O_(3)前驱体对催化剂结构的影响,同时对其在甲醇重整制氢中的性能进行了考察。结果表明,当Al^(3+)与Cu^(2+)、Zn^(2+)同时共沉淀时,Al^(3+)对碱式碳酸盐中Cu^(2+)-Zn^(2+)部分取代生成类水滑石结构,增强了Zn-Al之间的相互作用。相反,在Cu^(2+)、Zn^(2+)完成共沉淀后,引入Al_(2)O_(3)前驱体对消除Al^(3+)对碱式碳酸盐中Cu-Zn取代的不良影响具有积极作用,有利于促进Cu-ZnO间的相互作用、CuO物种的分散和催化剂的还原,进一步促进表面Cu的分散,有利于其活性的提升。其中,以拟薄水铝石为铝源制备的催化剂呈现出优异的活性。在水醇物质的量比为1.2,反应温度为493 K的条件下,甲醇转化率可达94.8%,H_(2)时空收率可达97.5 mol/(kg·h),并且连续运行25 h其活性仍保持相对稳定。在反应条件下,经过723 K的10 h热处理后,该催化剂的活性损失率仅为5.37%。

m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比对低熔点封接玻璃Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)-ZnO结构、性能与润湿性的影响

针对真空玻璃封接的性能要求,本文采用高温熔融法制备了一种针对真空玻璃封接的铋系非晶无铅玻璃粉,通过高温X射线衍射、粉末X射线衍射、拉曼光谱、差式扫描量热仪、热膨胀测试和扫描电子显微镜等测试方法,研究了m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比对Bi_(2)O_(3)-B_(2)O_(3)-ZnO玻璃的网络结构、特征温度、热膨胀系数和封接温度的影响。结果表明,增加m(ZnO)/m(B_(2)O_(3))质量比可促进锌氧多面体由[ZnO_(4)]向[ZnO_(6)]转变,导致热膨胀系数降低,特征温度升高。当m(Bi_(2)O_(3))∶m(B_(2)O_(3))∶m(ZnO)质量比为80∶7∶13,玻璃具有较低的玻璃化转变温度T_(g)(371℃)和膨胀软化温度T_(f)(401℃),热膨胀系数为9.3×10^(-6)℃^(-1),封接温度为450℃,可满足真空玻璃封接对低熔点封接玻璃粉的要求。

十二烷基三甲基溴化铵改性纳米CaCO_(3)对刚果红的吸附性能

以固体废弃物脱硫石膏为原料,在加氨水、通CO_(2)气体条件下制备纳米CaCO_(3),用表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(DTAB)对纳米CaCO_(3)进行改性,对改性材料DTAB-CaCO_(3)进行表征。研究刚果红在DTAB-CaCO_(3)表面的吸附行为,考察影响DTAB-CaCO_(3)对刚果红吸附性能的因素,数学拟合吸附过程,计算热力学参数。结果表明,ρ(刚果红)=50 mg/L、m(DTAB-CaCO_(3))∶V(刚果红)=0.20 g/L、pH=2、t=120 min,吸附率为95%。该吸附过程为自发放热,符合Langmuir等温式的单分子层吸附模型和二级吸附动力学模型。

CaO/CaCO_(3)流化床反应器释能动态特性研究及敏感性分析

为了获得CaO/CaCO_(3)流化床反应器释能过程的动态特性、提高其系统设计与安全调控水平,基于有限体积法,构建了MW级的可用于sCO_(2)热发电系统的CaO/CaCO_(3)流化床反应器的动态仿真模型。研究了该反应器系统在典型扰动下的动态响应特性,并就不同关键参数对CaO/CaCO_(3)流化床反应器释能过程中传热传质的影响进行了敏感性分析。研究结果表明:改变吸热侧sCO_(2)的进口流量和温度,会显著影响出口温度;相较于改变放热侧颗粒的进口温度,改变其进口流量对吸热侧sCO_(2)出口温度的影响更为明显,10%的放热侧颗粒进口流量阶跃扰动可导致吸热侧sCO_(2)出口温度变化可达17.5℃,而相同比例的进口温度扰动最高只能使吸热侧sCO_(2)出口温度产生3.9℃的变化;增加管数、减少管径和减小粒径有助于提高CaO/CaCO_(3)流化床反应器的热效率和转化率,且增加管数的影响最为明显,当管数从20增加至40根时,反应器的热效率和CaO颗粒转化率分别提高了2.9%和2.4%。该研究结果可用于指导CaO/CaCO_(3)热化学储能和太阳能热发电系统的集成与设计。

硫酸铵强化石膏溶解矿化制备高纯CaCO_(3)

近年来,利用固废石膏矿化CO_(2)联产CaCO_(3)及硫酸铵工艺技术受到广泛关注,然而由于固废石膏成分复杂,分离纯化困难,成本与矿化产品品质难以兼顾导致其无法大规模工业化利用。为此,以硫酸钙及磷石膏为原料,提出以石膏矿化液相产物硫酸铵溶液强化硫酸钙溶解浸出,液固分离后再进行矿化的间接矿化工艺。试验研究了溶解强化过程中硫酸铵浓度及溶解浸出时间对硫酸钙溶解特性的影响,以及矿化过程中氨水浓度、温度、矿化反应时间等因素对矿化过程和矿化产物的影响。确定了优化的溶解与矿化工艺条件,基于此,进一步研究磷石膏的间接矿化过程,结果表明,与直接矿化相比,间接矿化可使CaCO_(3)产品纯度由82.2%提高至98.6%,且产品粒度D_(50)由22.00μm降至10.98μm。间接矿化工艺可有效强化石膏溶解浸出过程,避免引入外加介质,并制备高纯度轻质CaCO_(3),相关研究可为固废石膏矿化CO_(2)技术的经济应用提供基础支持。

ZnONP/g-C_(3)N_(4)柱撑结构复合材料构建及NO光氧化脱除研究

随着现代工业的飞速发展,如何实现氮氧化物的有效脱除成为目前亟待解决的重要难题.本研究提出了一种在石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))表面原位生长纳米氧化锌点阵构建柱撑结构复合材料策略,以实现在可见光下光氧化去除NO.通过离子吸附反应,成功制备了不同氧化锌颗粒负载量的ZnO NP/g-C_(3)N_(4)柱撑结构复合光氧化剂,并对其结构和电子特性进行了研究.结果表明,氧化锌纳米颗粒(ZnO NP)的引入改善了g-C_(3)N_(4)的团聚,提高了比表面积,暴露出更多活性位点.异质结构的构建改善了复合材料能带结构,促进了光生载流子的迁移及分离,光氧化性能显著提升.在可见光照射下质量分数为2.5%的ZnO NP/g-C_(3)N_(4)样品展现出了优异的光氧化性能,对NO体积分数为3×10^(-5)%以下的混合空气光氧化去除表现出优良的高效稳定性.本研究为高性能光氧化剂的设计与构建提供了有效策略,并为消除工业NO污染物提供了技术参考.

纳米CaCO_(3)与碳粉低热固固耦合原位制备纳米CaO和CO

高温条件下固相CaO可直接与CO_(2)反应生成CaCO_(3),CO_(2)捕集率达78.57%(质量分数),是解决碳排放的高效手段。钙循环技术中如何降低CaCO_(3)分解温度、CaO再生和CO_(2)利用是关键问题。研究通过纳米CaCO_(3)和碳粉的低热固固耦合反应同时实现纳米CaO再生和CO_(2)原位转化为CO,使纳米CaCO_(3)分解温度下降46℃,分解速率提高约50%,再生的多孔纳米CaO粒径小而均匀,可再次捕集CO_(2)实现钙循环利用,由CO_(2)转化的CO可应用于工业合成气。纳米CaCO_(3)和碳粉具有原料来源广泛、价格低廉、安全性高、运输便捷等优点,该低热固固耦合反应在低成本前提下具有提高CO_(2)捕集和利用效率的潜力。

La^(3+)修饰对纳米ZnO/TiO_(2)复合粉体的光催化性能影响

以La_(2)(SO_(4))3、Ti(SO_(4))2和ZnSO_(4)·7H_(2)O为原料,体积分数为40%的乙醇作溶剂,用共沉淀法制备La^(3+)修饰纳米ZnO/TiO_(2)复合光催化材料,初步研究了La^(3+)修饰对ZnO/TiO_(2)光催化性能的影响。有实验可知,用最佳镧掺杂量为0.2%的Zn∶Ti=3∶10的ZnO/TiO_(2)样品,La^(3+)修饰ZnO/TiO_(2)纳米复合粉体对甲基橙降解率可达到38.4%。掺入金属La^(3+)有效地抑制ZnO/TiO_(2)纳米复合粉体粒子之间的团聚,比表面积增加,光催化活性明显增强。并采用XRD等测试手段对其进行表征。

稳定非晶态CaCO_(3)在乙二醇无水体系中的制备及形成机理

采用醇钙法在乙二醇钙无水体系中制备了纯净且稳定的非晶态CaCO_(3)(ACC),即利用K_(2)CO_(3)和CaCl_(2)在乙二醇溶液中的反应制备ACC,并研究了溶液浓度、陈化温度和时间对产物相类型和颗粒形貌的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,当溶液混合后立即有ACC生成;在0℃和20℃的反应温度下,当陈化时间延长至4个月时,产物依然保持非晶态,说明生成的ACC非常稳定;20℃下不同浓度溶液反应得到的产物也为纯净ACC。产物的红外光谱(IR)、透射电镜(TEM)以及选区电子衍射(SAED)结果验证了产物CaCO_(3)为非晶态。扫描电镜(SEM)观察结果表明,反应时间越短、反应温度越低、溶液越稀,ACC越容易呈现疏松多孔状;随着陈化时间的延长,ACC由疏松多孔的无定形态逐渐变成不规则颗粒状(0℃)和较规则的椭球状或球状颗粒(20℃)。最后,从CaCl_(2)和K_(2)CO_(3)在乙二醇中电离的角度探讨了ACC的形成机理。该研究为稳定的纯净ACC的制备提供了全新的途径,有助于进一步加深对ACC调控制备的理解。

纳米SiO_(2)-CaCO_(3)混凝土损伤本构模型及能量演化特征

采用纳米SiO_(2)-CaCO_(3)混合掺入混凝土中,对混掺纳米SiO_(2)-CaCO_(3)混凝土进行了受压性能试验,基于损伤力学理论和能量耗散原理分析了纳米SiO_(2)-CaCO_(3)增强混凝土的本构关系,建立了普通混凝土和纳米SiO_(2)-CaCO_(3)混凝土损伤本构模型。结果表明:混掺纳米材料比单掺纳米材料对提升混凝土强度效果更佳,强度最大增幅为31.46%;混掺纳米材料显著降低了混凝土的弹性应变能释放速率,增大了混凝土的总应变能和耗散能,从而提高了混凝土的延性和韧性。基于SEM微观测试结果揭示了纳米材料对混凝土增强效应的作用机理。

ZnO/g-C_(3)N_(4)异质结光催化材料的制备及对吡啶的降解

采用蒸发溶剂-高温热聚合法制备了ZnO/g-C_(3)N_(4)异质结光催化材料,采用XRD、FTIR、TEM、XPS、UV-vis DRS、PL、TPC和EIS等表征技术对其进行了详细系统的表征,评价了ZnO/g-C_(3)N_(4)光催化降解吡啶的活性和稳定性,采用L_(9)(3^(4))正交实验考察了不同因素对光催化性能的影响,并对光催化机理进行了探讨。XPS和TEM结果证明了ZnO和g-C_(3)N_(4)之间异质结的形成,异质结的形成有效促进了光电子-空穴的分离,提高了光吸收,拓宽了光谱范围。在ZnO/g-C_(3)N_(4)复合光催化剂投加量为50 mg、ZnO与g-C_(3)N_(4)质量比为1∶2、吡啶初始质量浓度为20 mg/L和体系p H为7.0的条件下,可见光照射60 min后ZnO/g-C_(3)N_(4)对吡啶的光催化降解率达到了98.9%,循环使用5次后光催化降解率为97.3%,具有良好的稳定性。ZnO/g-C_(3)N_(4)光催化降解吡啶主要依赖于活性基团超氧自由基(·O_(2)^(-))和空穴(h^(+))的作用。

Cr_(2)O_(3)对ZnO-Bi_(2)O_(3)基高压压敏陶瓷性能的影响

采用固相烧结法制备ZnO-Bi_(2)O_(3)-Co_(2)O_(3)-NiO-Mn_(3)O_(4)-SiO_(2)-Cr_(2)O_(3)压敏陶瓷,研究不同掺杂量的Cr_(2)O_(3)对ZnO压敏陶瓷的微观结构和电气性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)及电化学工作站分别对样品的物相、微观形貌及电性能进行表征。结果表明:Cr_(2)O_(3)的加入不仅具有抑制ZnO晶粒异常生长和提升晶粒均匀分布的作用,而且能显著降低ZnO晶粒电阻,增加晶界电阻。在Cr_(2)O_(3)添加量为0%~0.21%(摩尔分数,下同)范围内,随着添加量的增大,压敏陶瓷的非线性系数表现为先增加后减小。当Cr_(2)O_(3)掺杂量为0.14%时,ZnO压敏陶瓷具有优异的电气性能:电位梯度E_(1 mA)=216 V·mm^(-1)、泄漏电流J_L=0.36μA·cm^(-2)、非线性系数α=25、残压比K=1.815、老化系数K_(ct)=0.647。此外,该压敏陶瓷在4/10μs波形下100 kA脉冲电流冲击2次后U_(1 mA)仍保持为初始的96.75%,表现出良好的冲击稳定性,在配电系统避雷器中具有巨大的应用潜力。

La修饰提高CO_(2)制甲醇催化剂Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)的稳定性

CO_(2)加氢制甲醇反应中Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂的失活是限制其应用的主要原因之一,实验通过向Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂中添加不同含量的La,合成了一系列La改性的Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂,以提高其对CO_(2)加氢制甲醇反应的催化稳定性。在温度200℃,压力3 MPa,空速12000 mL/(g·h)条件下进行的100 h短期稳定性测试,未改性的Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂在100 h内活性衰减明显,添加La后催化剂稳定性逐渐得到提高,当La添加量为5%时活性最佳(CO_(2)转化率4%,甲醇选择性85%),并且该催化剂在1000 h长期稳定性测试中表现出较高的稳定性(在190−220 h失活17%后保持稳定)。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)表征发现,加入5%La提高了Cu/ZnO/Al_(2)O_(3)催化剂中Cu、ZnO的分散度,抑制了催化剂中Cu的烧结;同时稳定了Cu^(0/+),延缓了催化剂中Cu的氧化,从而提高了催化剂的稳定性。

CuO掺量对ZnO-B_(2)O_(3)-Bi_(2)O_(3)玻璃结构与热性能的影响

为了降低硼酸盐无铅封接玻璃的软化温度,研究了CuO掺量(0~15%,质量分数,下同)对40ZnO-30B_(2)O_(3)-30Bi_(2)O_(3)玻璃结构及热性能的影响。结果表明,在950℃保温2 h的熔制工艺条件下,试验组成范围内均能形成均质玻璃。随着CuO掺量增加,ZnO-B_(2)O_(3)-Bi_(2)O_(3)玻璃中的[BO_(3)]/[BO_(4)]结构单元比例先增大后减小,在CuO掺量为8%时达到最大值,此时[BO_(3)]结构单元含量相对较多。当CuO掺量进一步增加,部分[BO_(3)]逐渐向[BO_(4)]转变。此外,随CuO掺量增加,玻璃化转变温度及析晶温度逐渐降低,在400~850℃范围质量损失速率逐渐减小,但15%高掺量时呈现质量增加的趋势。玻璃的平均线热膨胀系数(25~450℃)随CuO增多无明显变化,保持在7.10×10^(-6)℃^(-1)左右。玻璃的软化温度和半球温度呈先降低后升高的趋势,当CuO掺量为8%时,软化温度和半球温度最低。

磁性ZnO/Fe_(3)O_(4)/g-C_(3)N_(4)三元复合材料的制备及对甲基橙的降解

通过蒸发溶剂-高温热聚合法制备了磁性ZnO/Fe_(3)O_(4)/g-C_(3)N_(4)三元复合材料,采用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、荧光光谱(PL)、N2吸附-脱附(BET)、瞬态光电流谱(TPC)和交流阻抗(EIS)等手段对三元复合材料进行了表征,并将其用于甲基橙(MO)染料废水的光催化降解。结果表明:磁性ZnO/Fe_(3)O_(4)/g-C_(3)N_(4)三元复合材料中异质结的存在实现了高效的光电子-空穴分离,光谱吸收范围得到拓宽,表现出超顺磁性,具有优异的光催化性能。可见光照射150 min,MO染料溶液的光催化降解率为98.6%,TOC去除率为59.9%;循环使用5次后MO的降解率仍达到了97.8%,表现出良好的循环使用稳定性。