高熵磷化物双功能催化剂的制备及高效电解水性能

在电解水制氢过程中,析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的缓慢电催化动力学限制了其能量转换效率。高熵材料具有独特的结构特征和优异的性能,是一种潜在的电解水催化剂,有可能取代传统的金属氧化物和贵金属。由于金属与非金属之间的不相容性,关于高熵化合物特别是高熵金属磷化物合成的报道很少。本研究以柠檬酸为络合剂、磷酸二氢铵为磷源,采用低温溶胶-凝胶法,通过添加不同组元金属合成了一系列以碳为基底的高熵合金磷化物纳米颗粒。在1 mol·L^(-1)的KOH介质中,FeCoNiMoCeP/C表现出良好的电解水性能,在电流密度为10 mA·cm^(-2)条件下,FeCoNiMoCeP/C电极电催化HER和OER所需的过电位分别为119和240 mV。在全解水研究中,FeCoNiMoCeP/C表现出优异的催化活性。在电流密度为10 mA·cm^(-2)条件下,FeCoNiMoCeP/C同时用作阴极和阳极的电解水反应所需过电位仅为1.53 V。这是由于高熵磷化物催化剂原子之间的协同作用可以提供更多的反应位点,增加反应活性和选择性。本研究可拓展高熵合金在电催化领域的潜在应用范围。

用季胺盐协同萃取稀土元素镧铈试验研究

研究了用季胺盐协同体系(P507+N263)从溶液中萃取镧。结果表明:2种萃取剂混合后对镧有正协同萃取作用,最大协同系数达3.25;在V(P507)/V(N263)=1/1、料液pH=3.5、Vo/Va=3/4、振荡时间7min条件下,镧萃取分配比为0.94;在稀土浓度0.52mol/L、振荡时间7min、Vo/Va=1/1条件下,镧铈分离系数达14.8;负载有机相用5mol/L盐酸反萃取,镧可完全被转入溶液;混合萃取剂的协同萃取能力优于2种萃取剂单独使用时的萃取能力。

混合稀土精矿还原焙烧磁选工艺研究

利用还原焙烧技术将内蒙古某混合稀土精矿中铁矿物还原为金属单质,经过磁选分离实现了铁与稀土、铌等元素的高效分离及富集。通过单因素实验考察了还原温度、焙烧时间、配碳量条件对还原焙烧效果的影响,以及不同焙烧温度下稀土和铌富集、回收的情况。在焙烧温度1175℃,焙烧时间90 min,配碳量C/O为1.5的优化条件下,铁金属化率达到92.52%,磁性物中铁品位为89.71%,铁回收率为92.12%,而非磁性物中铌品位及回收率为3.85%和87.92%;稀土品位及回收率达到7.15%和88.23%。

基于51单片机的冶金智能制造实践资源建设

综合实验是冶金工程专业开设的重要实践类必修课程,在传统综合实验中恰当地融入人工智能学科知识对冶金工程智能制造方向人才培养具有重要意义。选取基于51单片机的金属铝液氢含量测定为素材,进行了教学内容体系和教学过程的整合和设计,形成了由氢传感器制作与组装、单片机及外围电路搭建、单片机控制程序设计、上位机软件制作及金属液氢含量测定5个版块构成的系统完整的冶金综合实验教学内容体系,以期为冶金工程专业智能制造方向本科生培养提供教学资源和参考。

白云鄂博矿选冶固废烧结法制备微晶玻璃研究

为了更好地综合利用白云鄂博矿选冶固废,本文以白云鄂博萤石尾矿和包钢高炉渣为主要原料,采用一步烧结法研究了不同原料配比对制备微晶玻璃的影响。采用DSC、XRD、SEM、万能试验机、多道γ能谱仪进行表征分析,研究了不同原料配比对制备微晶玻璃的影响。结果表明:不同原料配比时,微晶玻璃主晶相为斜辉石、透辉石、鳞石英;随着萤石尾矿和高炉渣质量配比的增加,微晶玻璃颜色逐渐加深,且抗折强度先升高后降低,再升高再降低;当萤石尾矿和高炉渣质量配比为5∶5时,微晶玻璃抗折强度最高,达到76.85 MPa,主晶相为斜辉石和透辉石,晶粒大小均匀,排列规则;当萤石尾矿与高炉渣质量配比为2∶8时,微晶玻璃产品符合B类装饰装修材料标准,当萤石尾矿与高炉渣质量配比为3∶7、5∶5、6∶4时,微晶玻璃产品符合C类装饰装修材料标准。

基于EVS建模分析物探-钻探在Cr(Ⅵ)污染场地勘察中的应用

为了探索物探和钻探技术在污染场地勘察中的综合应用,该研究选取河北省某铬污染场地作为案例。通过EVS软件对钻探数据进行三维建模,并结合高密度电法勘测结果综合分析了污染物的分布特征。建模结果揭示了试验地块的总体积为306.822 m^(3),其中Cr(Ⅵ)含量超标的体积达299.049 m^(3)。具体来看,超标1倍的体积为287.71 m^(3),2倍和3倍的分别仅为10.522 m^(3)和0.817 m^(3)。Cr(Ⅵ)含量在1倍超标时在地层中分布较为均匀,但在2~3倍超标时,主要集中于粉质黏土层,且底层Cr(Ⅵ)浓度较高。高密度电法勘测显示,粉砂、粉土和粉质黏土的视电阻率分别为2.5~5Ω·m、1~2.5Ω·m和小于1Ω·m,表明该技术对地层的响应良好。研究结果表明,EVS建模在清晰度和完整性方面优于传统分析方法,有助于更准确地评估污染场地的状况。此外,该方法通过区分不同土层,增强了物探分析的效能。然而,由于依赖钻探数据,模型可能受到钻孔数量的限制。高密度电法勘测作为一种有效的辅助手段,在钻探前能够识别不同地层,减少钻孔数量,同时确保模型建立的可信度。尽管如此,由于影响因素众多,视电阻率变化的原因难以简单归结。总体而言,结合EVS建模和高密度电法勘测不仅可以有效降低钻探工作量,还能准确识别污染严重区域,为污染场地的修复提供重要信息。

脉冲电流作用下核反应堆压力容器修复延寿技术

核反应堆压力容器钢的使用年限直接决定了核电站的服役寿命。压力容器钢在中子辐照环境下长期服役会逐渐产生大量位错环和纳米团簇缺陷,导致材料脆化甚至失效,严重威胁核反应堆的安全运行。传统退火处理可使材料性能部分恢复,但需对压力容器进行整体拆卸,导致反应堆长时间停堆,造成巨大经济损失。作为一项绿色高效的技术,脉冲电流“原位”修复处理为实现核反应堆压力容器服役延寿提供了新途径。简要综述了脉冲电流修复机理、服役寿命预测方程构建以及实用案例,对未来核反应堆关键构件延寿技术的发展具有重大意义。

对甲基苯甲酸镧作为PVC热稳定剂的研究

以氯化镧、对甲基苯甲酸、氢氧化钠为原料合成了对甲基苯甲酸镧。通过元素分析、红外光谱分析、热分析等方法对合成产物进行了表征;通过刚果红试纸法和高温老化箱实验研究了对甲基苯甲酸镧对聚氯乙烯热稳定性能的影响;同时,将对甲基苯甲酸镧与硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镧和季戊四醇等进行比较,并将对甲基苯甲酸镧与上述一种或者一种以上稳定剂进行复配。结果表明,当对甲基苯甲酸镧单独作为聚氯乙烯(PVC)稳定剂时,稳定性效果不理想,长期稳定性一般,抗变色能力也不好;当对甲基苯甲酸镧/钙锌复合体系/季戊四醇=2∶1∶2时,PVC的稳定时间达到48 min;对甲基苯甲酸镧可以吸收PVC分解释放的HCl生成LaCl3,减少了HCl对PVC降解的催化作用,从而抑制PVC的降解。

聚乙烯吡咯烷酮调控合成特殊形貌碳酸铈

以硝酸铈[Ce(NO3)3]为原料,碳酸氢铵(NH4HCO3)为沉淀剂,弱阳离子表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为软模板剂,通过控制初始PVP浓度、加料反应时间、陈化时间制备得到颗粒均匀、类似花状结构的碳酸铈[Ce2(CO3)3]粒子。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)对制得的碳酸铈样品进行分析表征。结果表明,制备颗粒均匀、形状规则的花状碳酸铈粒子的最佳条件为:初始PVP浓度为2g/L,加料反应时间为1h,搅拌速度为300r/min,陈化时间为4h。并对PVP调控合成特殊形貌碳酸铈的调控机理进行了初步探究:PVP通过酮基中的O吸附在碳酸铈晶体表面,阻碍了(002)和(040)晶面的生长,限制了晶体晶面的生长速度,从而调控碳酸铈的形貌。XRD结果表明最终产物为八水合碳酸铈。

298.15、318.15和333.15 K下NaF-Na_(3)PO_(4)-H_(2)O体系相平衡

稀土提取工艺过程中产生含磷酸钠和氟化钠的水洗液,文中研究NaF-Na_(3)PO_(4)-H_(2)O体系的相平衡,为NaF和Na_(3)PO_(4)以后的回收利用提供理论指导。采用等温溶解平衡法研究298.15、318.15和333.15 K下NaF-Na_(3)PO_(4)-H_(2)O体系的相平衡,测定该体系各组分的溶解度及平衡液相的密度、pH值和盐析率,并绘制相图及物化参数-组分(质量分数)变化图,利用X射线衍射对湿渣进行表征。实验研究表明:该体系无固溶体产生,但有复盐产生,属于异成分复盐型。相图包含1个全液相区,3个一固一液两相区,2个两固一液两相区,2个全固相区,1条饱和溶液线,7条单变量溶解度曲线和2个共饱点。温度不变时,液相密度、溶液pH值均随Na_(3)PO_(4)质量分数的增大逐渐增大;液相组成不变时,液相密度随温度的升高逐渐增大,溶液pH值随温度升高逐渐减小。

NaF-Na3PO4-H2O三元体系在293.15K和323.15K的相平衡研究

采用等温溶解平衡法,测定了三元体系(NaF-Na3PO4-H2O)在293.15 K和323.15 K的溶解度和物化性质。在实验数据的基础上,绘制了293.15 K和323.15 K的物质组成平衡相图。结果表明:在293.15 K和323.15 K三元体系的相图中,均存在三个纯盐结晶区、三条溶解度饱和曲线及两个共饱和点。共饱和点由NaF+Na7(PO4)2F·19H2O和Na3PO4·12H2O+Na7(PO4)2F·19H2O组成。从293.15 K升高到323.15 K,NaF、Na3PO4和Na7F(PO4)2·19H2O均随着温度的增加而增大。测定了三元体系中饱和溶液的密度,并给出了复盐的XRD图谱。

碳酸铵沉淀法与柠檬酸络合法制备LaCoO_3粉末性能对比研究

以硝酸镧和硝酸钴为原料,采用柠檬酸络合法与碳酸铵沉淀法分别制备稀土钙钛矿型LaCoO_3粉末。采用SEM、XRD、比表面积仪以及激光粒度仪等对产物进行表征。结果表明:高于600℃焙烧温度可制备得到稀土钙钛矿型LaCoO_3粉末,LaCoO_3粉末表面结构为蜂窝泡沫絮状结构;随着焙烧温度升高,表面出现不同程度烧结现象;以柠檬酸络合法制备得到的样品纯度较高,抗烧结能力强,粒度较小,催化脱硝效率达到90%以上。

原位负载Pt-Co高指数晶面催化剂的制备及其电催化性能

直接乙醇燃料电池(DEFC)具有燃料易得、绿色高效的优点,得到了广泛的研究,但是DEFC催化剂存在催化效率低、稳定性差的问题,制约了其快速发展。本研究采用液相水热合成法,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP k-25)为分散剂和还原剂、甘氨酸为表面控制剂和共还原剂,通过调控Pt-Co金属前驱体的摩尔比,一步制备了XC-72R炭黑负载的Pt1Cox/C高指数晶面纳米催化剂,实现了催化剂晶粒在碳载体上的原位生长。Pt_(1)Co_(1/3)/C纳米催化剂暴露的高指数晶面主要包括(410)、(510)和(610)晶面。在晶体生长过程中,Pt_(1)Co_(1/3)/C纳米催化剂晶粒由“类球体”转变立方块,最终得到具有高指数晶面取向的内凹形貌。Pt_(1)Co_(1/3)/C高指数晶面纳米催化剂的电催化活性最高,其电化学活性表面积为18.46 m^(2)/g,对乙醇氧化峰电流密度为48.70 mA/cm^(2),稳态电流密度为8.29 mA/cm^(2),CO氧化峰的电位为0.610 V。这说明具有高指数晶面的催化剂表面存在的台阶、扭结等缺陷原子,可增加活性位点,进而显示出优异的电催化性能。本研究可为高指数晶面催化剂材料的开发及工业化应用提供理论依据。

Ce-MOFS/g-C_(3)N_(4)复合材料的制备及其光催化二氧化碳还原制一氧化碳研究

以硝酸铈和尿素为原料,1,3,5苯三甲酸为配体,采用简单的静电自组装法合成了铈金属有机框架(Ce-BTC)和石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))的复合材料(Ce-BTC/g-C_(3)N_(4)),用于二氧化碳还原制一氧化碳的研究,并探索Ce-BTC的复合对g-C_(3)N_(4)性能的影响机制。利用X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、紫外-可见光吸收光谱、荧光光谱、阻抗、光电流测试和CO_(2)还原性能测试对复合材料的结构、形貌、光电学性能及催化性能进行研究。结果表明Ce-BTC与g-C_(3)N_(4)的复合可能使得g-C_(3)N_(4)层间距发生改变,在细化晶体颗粒的同时提高样品比表面积,使复合样品获得更高的可见光捕获能力且载流子的分离效率更高;在仅加入1 mL H2O作为质子提供源的前提下,Ce-BTC/g-C_(3)N_(4)-3拥有最优光催化性能。CO产率为19.02μmol/(h·g),是g-C_(3)N_(4)的2.25倍,循环测试后催化性能基本保持稳定。

预备组织对中锰钢临界退火组织演变和力学性能的影响

针对低碳中锰钢(0.2C-5Mn-0.5Si-1.5Al)设计了一种引入预备组织的新型热处理工艺,利用SEM、EPMA、XRD和拉伸试验等手段,研究预备组织对中锰钢组织和力学性能的影响。结果表明,通过在热轧钢中引入珠光体相,成功构建了由铁素体、马氏体和珠光体组成的多相预备组织,实现了碳(C)和锰(Mn)元素在该预备组织中的差异化富集。进一步经过冷轧及临界退火处理后,获得了形貌、尺寸具有差异化的两种残留奥氏体(块状和板条状),其在拉伸试验中展现出在较大的应变范围内的协同相变诱导塑性效应。具有预备组织的试样在临界退火工艺为700℃保温5 min时获得最佳力学性能,抗拉强度超过1000 MPa,断后伸长率达到48%,强塑积接近50 GPa·%。与未引入预备组织的退火试样相比,本研究所采用的热处理制度不仅使得残留奥氏体的稳定性分布更为合理,而且在保持高强度水平的基础上,大幅度提高了伸长率,从而获得更为优异的强塑积。