基于灰色-马尔科夫的危险化学品事故预测研究

为了研究危险化学品事故发生的特征,预测事故发生的规律变化趋势,对2014—2020年危险化学品事故发生的起数进行了统计与分析。采用灰色系统预测法与基于灰色-马尔科夫优化预测法对事故起数创建预测模型,分别计算其实际值与预测值的相对误差,比对其相对误差大小。结果表明:与灰色模型对比,基于优化的灰色模型预测的相对误差均明显降低,表明相对误差较小及预测精度较高的为灰色-马尔科夫优化预测模型;且事故起数统计结果显示,随着年份的增加事故起数逐渐下降,其模型能更有效地反映实际事故发生起数状况。利用预测模型可分析事故起数发展趋势,为预测未来危险化学品事故发生起数提供方法与途径,为政府或监管部门降低事故发生率提供预测数据。

基于在线课程开展工程制图及CAD课程的混合式教学

混合式教学模式是将由学生控制的网络学习和由教师在教室中直接授课的面对面学习融合在一起的一种新兴的教学模式。基于学堂在线平台,课题组设计并构建了一种适用于工程制图及CAD教学的混合式教学模式——“网络学习—课堂教学—课后拓展提升”。混合式教学模式的实践表明,混合式教学模式可以使得学生有准备地进入课堂,满足不同学生的能力需求,能提升学生的学习成绩,同时教师可以直接将知识讲授放在课前,利用课堂时间提升思考深度。

地下水水库残留煤中氟化物地球化学行为研究

西部干旱地区因缺水需要把大量的矿井水贮入地下水水库循环利用,由于大量的污染物的存在,影响了循环利用效率,威胁着周边地下水水质安全。本文进行了污染物氟离子的溶出实验,研究氟化物随时间的溶出规律。实验结果表明:氟离子浓度峰值出现在实验开始后的第24 h,地下水水库中残留煤中氟化物的溶出受阳离子交换作用和氟化物蒸发溶解与沉淀的影响,研究区内对氟影响最大的介质为延安组砂岩,pH值、Cl^(-)、EC、Ca^(2+)是影响地下水氟浓度的因素。

峰峰煤矿塌陷区典型农田土壤剖面重金素元素化学风化规律

采集峰峰煤矿塌陷区典型农田剖面土壤,通过测定分析不同埋深土壤重金属元素(As、Cu、Ni、Pb、Cr、Cd、Zn和Hg)分布特征,利用质量平衡理论进行化学风化规律研究,探究塌陷驱动下剖面土壤重金属元素化学风化过程。结果表明:峰峰煤矿塌陷区典型农田剖面土壤重金属元素Pb、Cd和As的含量超过国家农用地土壤污染风险管控标准,最大超标倍数分别为3.86、59.77、3.82;元素Cu、Ni、Zn、Cr和Hg未超标。重金属元素Cd和As可能在塌陷驱动下,受地表径流和雨水淋滤下渗影响,使得其含量自表层向下逐渐增加。表层土壤元素Cu、Pb、Cr、Hg迁入富集,元素Ni、As、Zn和Cd迁出淋滤;犁底层元素Cu、Ni、Zn和Pb迁出淋滤,Hg迁入富集,其余元素规律变化不明显。累积元素存在潜在风险,需要监控;淋滤元素存在直接风险,需要高度管控。实验结论为全面评估煤矿开采对土壤化学性能的影响,防治流域水土流失和保护区域生态环境提供科学依据。

大块煤热解温度场扩展规律

干燥和热解影响煤炭地下气化产品煤气的组成和气化工作面的效率,为考察煤炭地下气化过程中干馏干燥区热解温度场的扩展规律,选用尺度为300 mm的和顺贫煤原煤块和人工制备的蒙东褐煤块为研究对象,采用大尺度固定床热解反应装置,在N_(2)气氛下对大块煤进行单侧面恒温加热试验,通过均匀布置在大块煤中的4层共50个热电偶采集试验过程中各测点的温度,绘制大块煤热解温度场分布图。结果表明:大块原煤热解温度场以多裂隙为中心呈多抛物面形向上扩展,人工块煤热解温度场以近似水平的形状向上推移;块煤热解干燥线、特征温度线的移动速率随热解时间的增加逐渐降低,且干燥线移动速率大于特征线移动速率;大块原煤的传热速率、热解干燥线和特征温度线的移动速率均高于人工块煤;大块原煤在热解6 h时干燥线和特征温度线移动速率分别为21.0、12.3 mm/h。大块原煤中裂隙的存在和发育使热解时裂隙处以对流方式传热,提高了原煤传热速率,同时裂隙发育和热量传递相互促进,使原煤热解温度场以多裂隙为中心呈多抛物面形扩展。原煤裂隙提高了热解干燥线和特征温度线移动速率,特别是对干燥线的影响更显著。因而在实际煤炭地下气化过程中,裂隙的发育、氧化区燃烧生成的大量烟气均会强化煤层内的对流传热,提高煤炭地下气化热解温度场的扩展速率。

响应面法优化生物炭的制备及对镉的吸附

采用响应面优化法优化了葵花籽壳生物炭和核桃壳生物炭的制备工艺参数,研究了温度、时间、粒径三因素之间的交互影响。结果表明:葵花籽壳生物炭的最佳制备工艺参数为:温度694℃、时间2.02 h、粒径250μm(60目),Cd~(2+)吸附量为21.39 mg/g;三因素间的显著性影响顺序为温度、粒径、时间。核桃壳生物炭的最佳制备工艺参数为:温度502℃、时间4.32 h、粒径250μm(60目),Cd~(2+)吸附量为14.13 mg/g;三因素间的显著性影响顺序为时间、温度、粒径。实验值和预测值之间良好的一致性支持了该响应面模型预测吸附的适用性。

发动机油中水分的近红外光谱分析

发动机油是发动机的核心部件,发动机油中极易混入水分,水分容易加速发动机油的劣化和变质,进而危害发动机的安全运行。对发动机油中水分进行检测是保障发动机油质量的重要指标。因而采用近红外光谱结合偏最小二乘法(PLS)回归方法对不同含水量的发动机油进行了检测。首先根据含水发动机油的近红外光谱的特征,分析了931,1195~1212和1391~1430 nm波长的较强吸收峰的机制;采用正交信号校正(OSC)和几种其他的光谱预处理方法构建了PLS回归模型,根据回归系数进行了特征波长的选择。结果表明,OSC预处理后的PLS模型具有较好的预测能力,而多元散射校正(MSC)和标准正态变量变换(SNV)预处理降低了模型的校正性能。选择了166个特征波长,占全谱的32.42%。采用所建的近红外全谱PLS模型和特征波长选择的PLS模型分别对预测集14个油样进行预测,两个模型都能实现较好地预测,预测标准差分别为0.0007和0.0006;而特征波长选择对含水发动机油的预测最稳健,性能指标最好(R^(2)_(P)为0.9930,R^(2)_(CV)为0.9887,且RMSE CV和RMSE P值分别为3.1401×10^(-4)和2.4190×10^(-4),RPD值为11.9884),特征波长选择的PLS模型与全光谱模型相比,经过特征波长选择消除了全光谱中大量无用信息,对发动机油中含水量预测最稳健,性能指标最好,使模型的性能得到了显著提高。根据所建的OSC预处理后的全谱PLS模型以及特征波长选择的PLS模型,对油样的预测集进行验证,特征波长选择后的PLS模型对预测集的预测效果较优,每个油样的预测值更接近实测值。说明经过特征波长选择后建立的PLS模型不仅没有降低模型的精度和预测能力,反而由于消除了不相关变量的信息,使所建模型更具有泛化性能。因而近红外光谱技术对发动机油中水分的检测具有较好的精确性、可靠性,为发动机的状态监测提供一种可行的解决方案。

葵花籽壳生物炭对土壤中镉的固定研究

以葵花籽为原料,制备葵花籽壳生物炭(SHC)和高锰酸钾改性葵花籽壳生物炭(MSHC),研究SHC和MSHC在不同生物炭添加量和不同固定时间对土壤中重金属Cd有效态含量、固定效率、形态分布的影响及其固定稳定化机制。结果表明:经高锰酸钾改性后,MSHC比表面积、孔容增大。土壤Cd有效态含量,随生物炭添加量的增大而降低,随固定时间的增加而减少。30 d培养结束后,在7%的添加水平下,土壤中Cd有效态含量在MSHC的作用下降低了6.143 mg·kg^(-1),固定效率最高可达67.10%,且MSHC是SHC的2倍左右。添加生物炭后,土壤中Cd的形态分布由性质活泼的弱酸提取态向性质稳定的残渣态转变,且生物炭添加量越大,效果越明显,其中添加量为7%的MSHC效果最好,残渣态最高可达34.98%,弱酸提取态最低可达14.71%。

介孔硅酸钙吸附亚甲基蓝性能研究

以煤矸石提铝尾渣制得的介孔硅酸钙为吸附材料,研究了介孔硅酸钙对亚甲基蓝的吸附性能。考察了亚甲基蓝溶液pH、吸附剂添加量、吸附时间和吸附温度等因素对吸附效果的影响。结果表明,介孔硅酸钙对亚甲基蓝表现出良好的吸附性能,在298 K、pH=11、介孔硅酸钙投加量为0.2 g/L、吸附时间为60 min条件下,亚甲基蓝的去除率达87.33%。介孔硅酸钙对亚甲基蓝的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线方程,吸附方式为单分子层吸附,饱和吸附量为89.68 mg/g。吸附过程为熵增加的自发过程,升温有利于吸附。吸附焓变ΔH为62.72 kJ/mol,介孔硅酸钙对亚甲基蓝的吸附以化学吸附为主。

BiOCl/煤系高岭土复合材料制备及光催化性能研究

以硝酸铋、氯化钾和煤系高岭土(CK)为原料,采用水热法制备BiOCl/煤系高岭土(BiOCl/CK)复合光催化材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)等手段对BiOCl/CK复合催化剂进行表征,并将BiOCl/CK复合材料用以光催化降解亚甲基蓝。结果表明,BiOCl/CK复合材料较BiOCl具有更强的光催化降解亚甲基蓝能力,其中BiOCl/CK-20%对亚甲基蓝降解速率是BiOCl的2.84倍。引入CK改善了BiOCl的团聚状态,抑制了光生电子和空穴的复合。在亚甲基蓝降解过程中,光生空穴(h_(vb)+)是起主要作用的活性物种。BiOCl/CK-20%循环使用4次后,仍有较强的光催化降解亚甲基蓝能力。

g-C3N4/煤系高岭土复合材料的制备及可见光催化氧化As(Ⅲ)的研究

以煤系高岭土(CK)、双氰胺为原料,采用热聚合法制得g-C3N4/煤系高岭土(g-C3N4/CK)复合材料,并用于光催化氧化As(Ⅲ)。通过XRD、SEM、UV-DRS、PL光谱等分析手段对g-C3N4/CK复合材料进行表征。结果表明,g-C3N4与CK复合后改善了g-C3N4片层团聚状态,抑制了光生电子和空穴的复合,具有更强的光催化氧化As(Ⅲ)能力。在所构造的复合催化剂中,g-C3N4/CK-15%光催化氧化As(Ⅲ)效果最佳,在光照210 min的条件下,As(Ⅲ)的氧化率可达90.54%;g-C3N4/CK-15%稳定性较佳,循环使用4次后仍有较强的光催化氧化能力。机理分析结果表明,空穴和超氧自由基是As(Ⅲ)氧化的主要活性基团。

改性纳米二氧化硅在环氧树脂膨胀阻燃体系中的协效作用研究

以膨胀阻燃剂(IFR)为主要阻燃剂,以纳米二氧化硅(Nano-SiO_(2))及KH570改性纳米二氧化硅(SiO_(2)-g-KH570)为协效剂制备阻燃环氧树脂(EP)材料,对比研究了2种EP/IFR/SiO_(2)及EP/IFR/SiO_(2)-g-KH570体系材料的阻燃性能、力学性能、热量释放、烟气释放、热降解行为及炭层表面形貌。结果表明,当阻燃剂的总添加量为环氧树脂基体质量分数的30%(SiO_(2)为IFR质量的10%)时,SiO_(2)与IFR具有阻燃协同效应,在同样的添加比例下,改性的SiO_(2)会增强这种协同作用。EP/IFR/SiO_(2)-g-KH570体系与EP/IFR/SiO_(2)体系相比,两者氧指数(LOI)分别为30.2%和28.6%,UL-94测试分别通过V-0和V-1级;EP/IFR/SiO_(2)-g-KH570的力学性能较EP/IFR/SiO_(2)也有所提高,弯曲强度和抗冲击强度分别提高了10.2MPa和0.6KJ·m^(-2);锥形量热及热分析结果表明,EP/IFR/SiO_(2)-g-KH570体系在热释放、CO和CO_(2)释放指标上数值明显降低,热稳定性增加;残炭的电镜形貌分析表明,EP/IFR/SiO_(2)-g-KH570体系能形成更加致密和连续的炭层,能起到很好的物理屏障作用,显示出较好的阻燃效果。

改性活性炭催化过硫酸盐处理甲基橙废水

为获得低成本、高效率的偶氮染料废水处理方法,采用改性活性炭催化过硫酸盐(PS)氧化降解甲基橙染料废水。通过单因素实验分别研究改性活性炭、PS及Fe^(2+)浓度对甲基橙降解的影响,降解过程遵循拟一级动力学模型,反应速率常数为0.0757~1.7178 min^(-1)。采用Box-BehnkenDesign响应面研究各因素及其交互作用对甲基橙降解的影响,各因素贡献排序为:催化剂投加量>PS浓度>Fe^(2+)浓度,最佳反应条件:催化剂投加量为0.73 g/L、PS浓度为2.0 mmol/L、Fe^(2+)浓度为1.08 mol/L。对改性活性炭催化PS氧化降解甲基橙染料废水的机理进行探究,电子顺磁共振波谱实验表明降解体系中存在羟基自由基和硫酸根自由基,自由基猝灭实验表明改性活性炭表面的羟基自由基在甲基橙降解过程中起重要作用。

工业固废制备聚合氯化铝铁及其在煤泥废水处理中的应用

以炼铁矿渣和粉煤灰为主要原料,通过酸溶、聚合和熟化过程制备了无机高分子絮凝剂聚合氯化铝铁(PAFC),并将之用于煤泥废水的处理。结果表明,铝铁溶出较佳条件:盐酸浓度为5 mol/L,液固比为3.0 mL/g,酸溶温度为85℃,酸溶时间为2.0 h,在此条件下炼铁矿渣铁的溶出率95%,铝的溶出率为65%;粉煤灰铁的溶出率90%,铝的溶出率为70%。探究了不同Al/Fe摩尔比的PAFC对煤泥的絮凝性能,发现Al/Fe摩尔比为1:0.66的PAFC絮凝效果最好;几种絮凝剂絮凝试验结果表明:制得的PAFC的絮凝性能优于聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铁(PFC)以及PAC和PFC混合复配物,煤泥水上清液的透过率可达95%。

高铝粉煤灰水热法提铝浸出液制备铝酸钠研究

以母液苛性比和结晶率为考察指标,对高铝粉煤灰水热法浸出液结晶铝酸钠的行为进行了研究。主要考察了Na_(2)O浓度、结晶时间、结晶温度和晶种添加量对铝酸钠结晶的影响。结果表明,铝酸钠溶液中氧化钠浓度的升高和结晶时间的延长,有利于提高铝酸钠结晶率。但升高温度,会导致铝酸钠结晶率小幅下降。其次,研究还发现添加晶种能显著提高铝酸钠的结晶率,但晶种添加量对铝酸钠结晶影响不大。水合铝酸钠结晶工序优化的操作条件为:Na_(2)O浓度600 g/L、结晶温度60℃、晶种添加量20 g/L、结晶时间16 h。在此条件下,铝酸钠结晶率达到66.67%,结晶母液苛性比超过了25,能够满足循环溶出的要求。结晶获得的固相主要是水合铝酸钠,分子式为4NaAlO_(2)·5H_(2)O。

高性能污泥水煤浆分散剂的制备与成浆性研究

为了提高污泥水煤浆的成浆性能和流体性能,通过正交实验考查三种不同影响因素对聚羧酸型分散剂制备的影响。研究表明,聚合时间对反应的转化率影响最大,其次为聚合温度和引发剂添加量;且所制分散剂可以有效提高污泥水煤浆的成浆浓度,其中最大增幅可达16.62%;此外污泥水煤浆均呈现剪切变稀的特性。

热改性粉煤灰对水中Cu(Ⅱ)的吸附研究

对粉煤灰进行热改性,用于吸附水中Cu(Ⅱ)。结果表明,改性后的粉煤灰对水中Cu(Ⅱ)的吸附性能提高。吸附动力学符合拟二级动力学模型,吸附过程受外扩散和颗粒内扩散共同控制。吸附等温线能很好地用Freundlich模型拟合,293~313 K下,MFA对Cu(Ⅱ)的最大理论吸附量为21.55~42.55 mg/g。热力学研究表明,Cu(Ⅱ)的吸附是自发的吸热反应,吸附方式为物理化学吸附。

热改性粉煤灰对水中铜的动态吸附研究

以热改性粉煤灰作为吸附剂,采用固定床吸附装置,探究了床层高度、流量、初始浓度等因素对Cu^(2+)动态吸附曲线的影响。在此基础上进行了动态吸附模型的研究,分别研究了Thomas、Yoon-Nelson和Adams-Bohart三种吸附模型。同时也探讨了双组分污染物体系中MFA对Cu^(2+)的动态吸附效果。结果表明,Cu^(2+)的穿透时间随初始离子浓度和流量的增加而缩短,随床层高度的增加而延长。MFA吸附Cu^(2+)的动态行为符合Thomas和Yoon-Nelson模型。降低床层高度、增加初始浓度和流量可以提高Cu^(2+)的吸附速率。根据MFA吸附Cu^(2+)前后的表征,吸附主要机理包括含氧官能团与Cu^(2+)的络合和Na+等阳离子与Cu^(2+)的离子交换。在双组分污染物体系中,溶液中的Zn^(2+)、Pb^(2+)对MFA的Cu^(2+)吸附均产生抑制作用,其影响大小为Pb^(2+)>Zn^(2+)。

葵花籽壳生物炭对水中Cd^(2+)的吸附研究

以葵花籽壳为原料,在700℃下热解制备葵花籽壳生物炭(S-BC),采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)等手段对生物炭进行表征,并研究其对水中Cd^(2+)的吸附。结果表明:S-BC具有介孔结构,表面含有—C—OH、—C=O等多种官能团。当溶液pH为2—7时,随pH的升高S-BC对Cd^(2+)的吸附量逐渐增加。S-BC对Cd^(2+)的吸附速率较快,在30min时可达到吸附平衡。当吸附温度为25~45℃时,Cd^(2+)的吸附容量为30.67~40.82mg/g。吸附动力学曲线符合拟二级动力学方程,吸附等温曲线可以用Langmuir方程很好地描述。吸附过程主要为单分子层化学吸附,吸附速率由多个过程共同控制,且吸附是自发、吸热、熵增的过程。

神东矿区高氟矿井水分布特征及形成机制

神东矿区煤炭资源丰富,但淡水资源匮乏,高氟矿井水已成为制约矿井水循环利用的关键因素,然而高氟矿井水的来源和形成机制尚未进行过系统研究。系统采集了神东矿区62组不同水体样品,利用数理统计、离子比及因子分析等手段,在矿物溶解与沉淀,蒸发浓缩,阳离子交换,竞争吸附和人为污染作用等方面探讨了神东矿区高氟矿井水的F^(-)质量浓度特征和空间分布规律,并分析了其来源和形成机制。结果显示:神东矿区矿井水中F^(-)质量浓度为0.16~12.75 mg/L,平均值为5.01 mg/L,有77.78%的样品超过了《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)。从空间分布看,神东矿区矿井水中F^(-)质量浓度呈现西北高,东南低的态势,高氟矿井水主要分布在布尔台矿和乌兰木伦矿等矿区。垂向上看,高氟地下水主要集中分布在埋深150~300 m,主要为3^(-1)煤和5^(-2)煤开采后产生的矿井水的埋深范围。偏碱性,高TDS,Na^(+),HCO_(3)^(-),和低Ca^(2+)是形成高氟矿井水的主要水化学环境。延安组是高氟矿井水最主要的补给来源。高氟矿井水的形成主要受含氟矿物的溶解控制,方解石和白云岩的溶解饱和影响了萤石等含氟矿物的溶解平衡,造成矿井水中F^(-)质量浓度的升高;阳离子交换作用提升了矿井水中Na^(+)的质量浓度,HCO_(3)^(-)的竞争吸附置换出了黏土矿物表面吸附态的F^(-),均促进了F^(-)在矿井水中富集,而蒸发浓缩和人类活动对高氟矿井水形成贡献较小。