核聚变装置偏滤器靶板材料选择与研究进展

可控热核聚变能是人类最理想的清洁能源之一,是解决人类能源和环境问题的根本途径。目前,可控热核聚变能的发展面临诸多挑战,偏滤器靶板作为磁约束核聚变装置中的重要部件,其设计和制造是维持等离子体放电、实现核聚变反应堆稳定运行亟需解决的关键问题之一。作为等离子体轰击最严重区域,偏滤器靶板经受着高能粒子流辐照和高热负荷冲击(10 MW·m^(-2)稳态负荷和20 MW·m^(-2)瞬态负荷),同时承担着磁约束聚变装置最主要的排热功能。因此,研发具有优异性能的靶板材料是推动核聚变能发展的关键一步。目前,金属铍、碳基材料以及钨基材料是主要的3种偏滤器靶板候选材料。基于国内外现有研究成果,论述了偏滤器靶板材料的选择与研究进展,对比分析了3种候选材料的优势以及存在的问题,以期为偏滤器靶板材料的选择、研发提供借鉴。

基于电介质薄膜的器件自愈性能的研究现状

随着能源与电力技术的不断发展,对电容器的需求越来越大,而各种资源的稀缺强调了利用各种能源的必要性,对于各种储能器件如金属化薄膜电容器以及基于电活性聚合物(electroactive polymers,EAP)的能量转换装置提出了更高的要求。然而这两类装置却极易发生电击穿,在工作循环中有着极高的故障率,因此器件的自愈性具有十分重要的意义。文中综述了金属化薄膜电容器和EAP能量转换装置自愈性能的国内外研究现状,首先重点关注了金属化薄膜电容器中自愈理论发展以及各种关键参数对自愈的影响,其自愈最为稳定且研究相对完善。随着介电弹性体的兴起,想要其拥有自愈性能,参考金属化薄膜电容器的结构是一个可行的思路。但如何使得金属电极满足大应力大形变的需求成为一种柔性电极是一个很大的挑战。碳电极是弹性体中应用最为广泛的电极材料,它拥有极好的形变能力,但对于其自愈性能的深入研究较少且缺乏成熟的理论支撑,使得其在工业领域中难以应用和改善。最后总结对比了金属电极以及碳电极在自愈性能上的差异,并预测了可自愈柔性电极新的发展方向,进一步拓展自愈性的器件在工业领域中的应用。

金属矿山井巷建设工程碳排放智能测算方法

深入研究金属矿山井巷建设工程的预算定额编制特点,提出基于矿山建设直接系统和辅助系统的双路径碳排放测算架构和计量模型,以实现井巷工程建设期全流程智能碳排测算统计、碳排路径分析及碳排放大户筛分等功能.结合现场工段施工台班表,深度分析多级剖分下各层级最小单元过程的物质名录清单,总结归纳金属矿山井巷建设工程特有的碳排放因子数据库.利用MySQL关系型数据库形式搭建金属矿山井巷工程十大碳排放基础数据表,同时各数据库由唯一标识码进行标记.最后,利用MATLAB app designer为十大基础数据表建立高效的索引调度机制,并利用整合的双路径碳排放计量模型对金属矿山井巷建设工程开展精细化碳排放测算分析.案例结果显示,本方法能够为金属矿山井巷建设工程在施工前期提供细粒度碳测算分析数据,为后续施工组织设计、低碳技术部署提供具体的数据依托.

活性碳负载纳米金属氧化物对AP热分解的催化性能

采用水热法制备了两种纳米金属氧化物(纳米CuO和纳米Fe_(2)O_(3)颗粒),将纳米CuO和纳米Fe_(2)O_(3)负载在活性碳上,制备成CuO@C、Fe_(2)O_(3)@C复合材料,并将其作为催化剂与高氯酸铵(AP)混合制备成混合物样品AP/CuO、AP/CuO@C、AP/Fe_(2)O_(3)、AP/Fe_(2)O_(3)@C;通过扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重-微分热重分析(TG-DTG)和热重-红外光谱(TG-FTIR)联用等技术研究了4种催化剂对AP热分解的催化机理及分解动力学特性。结果表明,4种催化剂均将AP的两步分解反应催化为单放热峰,在5 K/min升温速率下,AP的分解峰温较纯AP分别提前90.1、73.4、65.4和69℃;AP/CuO@C分解主要气相产物有HCl、CO_(2)、N_(2)O、HNO_(3)和NO_(2),其中NO_(2)含量最高;AP/Fe_(2)O_(3)@C分解主要气相产物中CO_(2)含量显著提升,NO_(2)含量稍有降低。

荧光碳点复合材料显现潜手印综合实验设计

为了提高学生的证据意识和综合科研能力,设计了一个涵盖碳点复合材料合成、结构表征和潜手印显现应用的综合性实验。以柠檬酸、三乙烯四胺和罗丹明6G为原料合成荧光碳点材料,通过自组装策略将碳点纳米颗粒原位嵌入金属有机骨架中,从而获得固态下具有强荧光发射的碳点复合材料。利用扫描电子显微镜、荧光光谱仪、粉末X射线衍射仪等分析仪器对复合材料进行表征。采用粉末刷显法将制备的复合材料用于不同客体表面的潜手印显现中,对显现效果进行了分析和评价。教学内容紧密联系学术前沿和实际应用,有助于提高学生分析问题、解决问题的能力,培养创新的科研精神。

黄河流域典型铅锌冶炼企业重金属废水管控与碳排放协同研究

黄河流域作为国家生态安全的重要屏障,重金属污染一直以来备受关注.为提升重金属重点排放源铅锌冶炼行业废水排放管控水平,本文聚焦黄河流域中上游典型地区某铅锌冶炼企业,研究了不同产污环节排放废水中重点重金属排放特征及达标情况,并从行业绿色低碳发展方面测算了不同冶炼工艺流程碳排放强度、不同产污环节排放废水处理过程碳排放强度.结果表明:(1)采用氧化法+硫化钠除汞+石灰中和+生物制剂法+除铊稳定剂的组合处理工艺,污酸废水中总铅、总镉、总汞和总砷的排放浓度均可稳定达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010)特别排放限值要求,以处理后各重金属日最大检出浓度的90%分位数作为参比浓度,该处理工艺对总铅、总镉、总汞的去除率分别为98.2%、99.8%、99.9%.(2)铅锌冶炼企业污酸车间地面冲洗水应全部纳入污酸车间污水处理系统进行集中处理,避免铅、镉、汞、铊等重金属废水稀释排放,长期汇入黄河干流富集造成潜在环境风险.(3)锌冶炼过程重金属主要富存于固相颗粒和液相颗粒中,污酸废水(废气洗涤制酸废水)中总铅、总镉、总汞、总砷产污系数分别为4.83、4.33、7.02、0.01 g/t(以产品计),较实际流向废气中相应重金属产污系数低10^(3)量级.(4)鉴于污酸废水处理碳排放强度约为一般性生产废水的7.93倍,建议加强评估并推广应用2022年《国家先进污染防治技术目录(水污染防治领域)》提出的有色冶炼烟气洗涤污酸废水治理与资源化利用技术,研究提出基于资源化利用途径的污酸废水排放控制要求.(5)湿法炼锌工艺碳排放强度为3.08 t/t(冶炼1 t锌的CO_(2)排放量),相对属于绿色低碳冶炼工艺.研究显示,黄河流域中上游部分典型铅锌冶炼企业已采用相对绿色低碳冶炼工艺,鉴于黄河流域的国家战略定位,需进一步提升末端重金属废水风险管控和减污降碳协同治理力度,引领沿黄冶炼产业高质量发展.

中国式现代化背景下能源转型风险识别与应对

能源转型是实现可持续发展和环境友好的重要任务、维护国家能源安全并促进社会公平的关键举措,研究其潜在风险与应对策略具有现实意义和宏观价值。本文剖析了中国式现代化五大内涵对能源转型的本质要求,识别出以本质要求为出发点的能源转型风险,提出了相应风险的应对策略与保障机制。研究发现,中国式现代化对能源转型提出了“能源安全、环境友好、社会公平”三方面本质要求;我国能源转型在能源安全方面面临着煤炭行业安全、油气供给安全、新型电力系统运行安全风险,在环境友好方面面临着低碳技术制约发展、新能源所需关键金属矿产供给安全风险,在社会公平方面面临着社会公平失调风险,还面临着一定的金融风险。最后从能源安全风险应对、环境友好风险应对、社会公平失调风险应对、金融风险应对4个方面提出了应对策略,进而从短期优先实施、长期持续推行两个层面建立各类应对策略的保障机制。

化学絮凝-活性炭吸附法在处理含重金属废水中的应用

含重金属元素的废水是一种难以处理且对环境污染程度较高的工业废水。以含有Fe、Co、Mn、Ag等重金属离子的模拟废水为研究对象,采用先添加絮凝剂化学絮凝,再通过活性炭过滤的方法进行处理,并研究了活性炭种类、pH、硼酸含量对模拟废水中重金属元素去除效率的影响。实验结果表明活性炭颗粒越细、碘值越低对重金属的去除效果越好;该絮凝剂可以在较宽pH范围内和较高浓度硼酸存在下使用。化学絮凝+活性炭吸附过滤法对于含重金属元素工业废水的处理是一种既经济又高效的方法。

石墨相氮化碳的非金属多元素掺杂改性研究进展

石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))因廉价易得、环境友好且催化活性好等优点,逐渐在催化和环境等领域成为研究热点。然而,单一g-C_(3)N_(4)存在对可见光的吸收效率低等缺点,采用元素掺杂实现g-C_(3)N_(4)的骨架结构的调整,是克服这一缺点的有效方法。对近年来有关非金属多元素组合掺杂的研究工作进行了系统总结,主要包括含氧、磷、硼和卤素等元素的二元和多元组合,并对非金属元素掺杂工作中存在的问题及未来发展方向进行了展望。

碳纤维/UiO66-NH2环氧复合材料的制备及其性能研究

本文首先合成出锆基MOF材料UiO66-NH_(2),并设计得到PA功能化的MOF材料UiO66-NH_(2)-PA,再将其分散在环氧树脂基体中,制备了性能优异的碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料.随后,通过FT-IR、SEM、XRD对UiO66-NH_(2)以及UiO66-NH_(2)-PA进行了表征,使用万能试验机对碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的力学性能进行了测试.结果表明,UiO66-NH_(2)-PA被成功制备,且改性后的碳纤维复合材料的抗弯曲和抗剪切强度分别提高了26.54%和29.09%.这是因为UiO66-NH_(2)-PA中氨基和磷基的作用增强了界面强度,既提高了碳纤维/UiO66-NH_(2)环氧复合材料的储能模量,又增强了复合材料的界面结合能力,从而实现了通过共同作用以提高碳纤维、环氧复合材料力学性能的目标.

碳基复合催化剂降解有机污染物研究进展

过硫酸氢盐高级氧化工艺是降解各种有机污染物的有效治理方法,高效、经济、环保的过硫酸氢盐催化剂是现阶段的研究热点。碳基催化剂作为环境友好、稳定性高的绿色催化材料,具有强吸附能力并且能够有效防止有毒金属离子的浸出和二次污染。本文阐述了碳基材料活化过硫酸盐的三种机理:自由基、非自由基以及两种机制并存的途径。详述了单一过渡金属和双过渡金属、非金属杂原子负载在碳基材料上形成的复合催化剂和生物质材料催化剂活化过硫酸氢盐对有机污染物的降解效果,对碳基催化剂用于活化过硫酸氢盐降解废水中有机污染物的研究方向进行了展望。

镍闪速炉熔炼共生产品生命周期评价碳排放分配问题

金属镍生产是典型的多元素共生冶炼过程,清单分配问题是制约其生命周期评价准确性的重要技术因素。以共生反应最为密集的硫化镍矿闪速炉熔炼流程为研究对象,采取边界扩展、物理关联、质量分配等多种清单分配方法,在Ni、Cu、S这3种元素之间进行CO_(2)排放分配。边界扩展分配计算结果显示,非金属共生元素与金属产物之间的分配结果为29.86%,金属共生元素之间的分配结果为70.14%。对比分析结果显示,边界扩展方法对于中间态产物的适用性较差;物理关联分配结果准确,但需要大量流程工艺参数支撑;质量分配易于计算,但其准确性取决于共生产品之间的物理化学属性差异。

东昆仑大格勒稀有金属矿床类型的厘定:碳酸岩型铌矿床

铌是十分重要的关键金属,目前的主要用途是提高合金材料的抗腐蚀和耐高温性,同时其具有卓越的超导性能,因而随着超导技术革命的推进,未来对铌的需求可能会出现爆发式增长。尽管我国有各种类型的铌矿床,但可供开采利用的铌资源十分匮乏,使得我国目前铌资源的对外依存度高达99.5%。本文对新发现的东昆仑大格勒稀有金属矿床中典型的矿石样品进行了综合矿物分析系统(TIMA)和电子探针成分分析,该矿床中主要的含矿(Nb)岩性为金云母岩和碳酸岩以及少量辉石岩、角闪石岩,矿石矿物主要为铌钙矿(粒径最高可达1.2 mm)、铌铁矿(粒径最高可达1.0 mm)、钛锆钍矿(粒径最高可达1.5 mm)、铌钛铀矿(粒径最高可达0.4 mm)、含铌钛铁矿(粒径最高可达0.3 mm)等,粒径和赋存形式明显优于白云鄂博矿床(粒径<0.04mm)。初步识别出两期铌矿化,即岩浆期和热液期,岩浆期结晶的铌矿物有铌钙矿、铌铁矿、钛锆钍矿、铌钛铀矿、含铌钛铁矿等;热液期形成的铌矿物也有铌钙矿、钛锆钍矿等。基于本次分析,并对比若干个与大格勒矿床极其类似的世界级铌矿床(例如Araxá、Catalao I和St.Honoré),我们将大格勒矿床厘定为碳酸岩型铌矿床。

焦化污泥炭重金属风险及其处理焦化废水研究

以焦化污泥制备焦化污泥炭,研究在炭化和硝酸改性过程中重金属形态变化和风险评价,并探索改性焦化污泥炭用于焦化废水处理的效能.焦化污泥(CWS)中Cr和Ni重金属含量远高于其他几种重金属,通过炭化得到焦化污泥炭(CWS-C),再活化后得到改性焦化污泥炭(CWS-N),生态风险因子(RI)从122.79(CWS)降低至33.70(CWS-N),说明CWS-N重金属污染风险很低.与CWS-C相比,CWS-N具有多种铁物相(FeO､Fe_(2)Al_(2)O_(4)､Fe_(3)O_(4)和Fe_(0.95)C_(0.005)),有利于Fe(II)/Fe(III)循环,能有效催化H_(2)O_(2)产生•OH,对焦化废水TOC的去除率高达66.3%.CWS-N上的活性组分铁的流失率低于0.5%,具有良好的催化稳定性.焦化废水中溶解性有机物主要为木质素类､脂质类和稠环化合物类,含N､S化合物占81.1%,经CWS-N催化降解后可去除大部分有机物.

环境湿度对浸金属碳滑板磨损及温升的影响

为探究环境湿度对弓网摩擦副载流滑动过程中电弧放电能量、浸金属碳滑板温升及滑板磨损量的影响,采用环-块式高速载流摩擦磨损试验台,对比不同湿度条件下,电弧能量、滑板温升及滑板磨损量随滑动速度、电流强度、法向力的变化情况。试验结果表明:不同环境湿度下,滑动速度和电流强度的增大均会导致电弧能量及滑板温升急剧增大;电弧热是导致温升的主要热源;增大法向力对于抑制电弧放电、降低滑板温升均有显著效果,而对于滑板磨损量变化的影响,不同湿度情况则截然相反;高湿度环境下接触副附着的水膜改善了接触状况和散热情况,电弧能量及滑板温升都小于低湿度环境;低湿度环境下滑板表面受到更严重的机械摩擦,其表面状态相比高湿度更差;在平均湿度较高的夏季适当增加升弓压力,在平均湿度较低的冬季适当降低列车行驶速度可以减少浸金属碳滑板磨损。

不同钝化产品对水稻生产中镉、铅、砷的钝化效果

采用田间试验,持续2年(2021—2022年)研究了市售6种钝化剂不同施用量(0、2 250、4 500、6 750 kg·hm^(-2))对土壤中镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)有效态含量,土壤pH值,及稻米Cd、Pb、As含量的影响。结果表明,选择适宜用量的钝化剂可显著(P<0.05)提高土壤pH值,降低土壤有效态Cd、Pb、As含量。其中,施用6 750 kg·hm^(-2)长效型钝化剂的效果在2021年最优,土壤pH值由5.00提高至6.98,土壤有效态Cd、Pb含量分别显著降低82.2%和98.6%。此外,长效型钝化剂在4 500 kg·hm^(-2)用量下,第二年的稻米镉含量仍可显著降低90.8%。综上,在对比的6种钝化剂中,长效型钝化剂阻控水稻籽粒Cd富集的效果和持效性最优,推测与其碳酸钙含量较高有关。

金属行业碳排放研究现状与发展趋势

近年来,气候变化问题日益突出,而金属行业是一个能源消耗和温室气体排放密集型行业,是工业领域碳排放的大户之一,需要进一步加强对金属行业碳排放的研究。利用文献计量和知识图谱可视化软件CiteSpace,对2000—2022年国内外金属行业碳排放中研究领域和研究热点迁移等特征进行综合分析。研究发现:①目前国内碳排放研究已经迎来了第二波爆发性增长,将会推动高碳排放行业加速绿色转型,包括能源、工业、交通、建筑等,为绿色低碳市场及相关产业和研究带来了新的发展机遇;②CNKI(中文期刊网)统计分析显示,金属行业碳排放研究多集中在铁、铝、铜等单矿种,且多是针对加工冶炼工艺,目前的热点逐渐从能耗、环境效益、二氧化碳、废钢等基础碳排放研究转变到碳减排和低碳转型;③Web of Science(英文期刊网)统计分析显示,金属行业现处于全方面研究阶段,包括碳源、低碳技术、固碳技术研究等,有望引起新一轮金属开发绿色低碳技术革命。针对当前研究现状,从碳源、绿色低碳技术、固碳技术、生态碳汇等方面对金属行业碳排放研究的未来发展趋势做了进一步阐述。对当前金属行业碳排放研究现状与发展方向进行归纳总结,有助于推动中国金属行业的绿色低碳转型和长远可持续发展。

Ni-MOF衍生NiS_(2)@CNTs电极材料构建及其电化学性能

改善过渡金属硫化物导电性和循环稳定性是提升超级电容器性能的关键。以二氰二胺和升华硫分别为碳源和硫源,将Ni-MOF前驱体进行碳化和硫化后构筑了二硫化镍纳米颗粒与碳纳米管的复合材料(NiS_(2)@CNTs)。分析表明,碳化样品与升华硫的比例为1∶6时,制得的NiS2@CNTs复合材料具有较大的比表面积,且其中的NiS2纳米颗粒和碳纳米管呈现高分散性,可为电化学储能过程提供丰富的反应活性位点、快速的离子扩散和较强的电子传输效率。电化学性能测试表明,NiS_(2)@CNTs电极在0.5 A/g时的比电容可达568.0 F/g。以NiS_(2)@CNTs和活性炭(AC)分别为正负极组装NiS_(2)@CNTs//AC器件,其最大输出能量密度和功率密度达15.6和3207.0 W/kg,经过5000次充放电循环后的电容保持率和库伦效率分别为98.1%和99.7%,表明该电极材料有望实现长期循环利用且具有良好的实际应用前景。

青藏高原盐湖反风化作用与关键元素循环

盐湖环境中的反风化(reverse weathering,又称逆风化)是指逆向的化学风化作用,通常指盐湖内部自生黏土矿物或碳酸盐矿物的形成过程,是控制盐湖关键元素地球化学循环的重要机制。青藏高原是地球上关键的盐湖区,既是内陆生态系统重要的碳库,又富含锂、钾、铷、铯等关键矿产资源。青藏高原盐湖的水化学类型多样,包括碳酸盐型、硫酸盐型和氯化物型,不同的水化学特征决定了盐类和黏土矿物的种类及其形成机制的差异。本文综述了盐湖环境中硅酸盐和碳酸盐反风化作用的研究进展,并探讨青藏高原盐湖反风化作用对关键元素地球化学循环的影响。青藏高原盐湖中自生黏土矿物的形成(如伊利石)是对盐湖卤水锂、钾、铷、铯等关键元素最重要的消耗机制;而碳酸盐的形成对关键金属元素消耗影响很小,除非形成含关键金属元素的独立矿物,如扎布耶石。自生黏土矿物和碳酸盐的形成均会显著影响湖泊的无机碳循环。目前,盐湖反风化作用程度的量化、控制因素解析和对关键元素损耗的影响程度是盐湖矿产资源研究的关键问题。当前非传统稳定同位素技术的快速发展为盐湖反风化研究提供了新机遇。青藏高原盐湖是反风化研究的天然实验室,开展盐湖反风化研究不仅可以深入理解青藏高原盐湖的关键金属元素成矿作用及碳循环过程,而且有助于丰富反风化理论。

我国有色金属行业产品碳足迹评价标准现状及思考

我国是世界有色金属生产和消费大国,进行有色金属产品碳足迹评价标准研究,对推动有色金属行业低碳转型高质量发展、克服绿色贸易壁垒有重要意义。本文梳理了我国针对“碳达峰碳中和”战略目标实施制定的相关政策,总结了我国有色金属行业制定和修订产品碳足迹评价标准的必要性、紧迫性、技术基础、组织保障;结合有色行业产品碳足迹评价标准现状,提出了系列建议。