煤的气化反应性与其组成的关系研究

为探究不同变质程度煤的气化反应性,采用下落式固定床反应器,以CO_(2)为气化剂,对11种不同变质程度煤的气化反应性进行了实验研究,考察了煤的气化反应性与挥发分、固定碳、碳含量及灰组成的相互关系。研究结果表明,在1 400℃下,11种不同变质程度煤的气化反应性仍有较为明显的差异,低变质程度煤的气化反应性远高于中/高变质程度煤的气化反应性,其完全气化反应所需时间和气化反应指数最大有7倍之差;从工业分析和元素分析看,挥发分、固定碳和碳含量与煤气化反应性均具有较好的相关性,相关系数为0.88以上;从灰组成分析看,碱性指数与煤气化反应性相关性较差。为此,可根据煤的挥发分、固定碳和碳含量等组成信息预测煤气化反应性的优劣,为煤气化应用提供参考。

小龙潭褐煤的高温气化反应动力学研究

以小龙潭褐煤为研究对象,在下落式固定床中对其二氧化碳高温气化反应性进行了研究。在1000~1500℃温度范围内,测定了小龙潭褐煤气化碳转化率与时间的关系。采用缩核芯模型、均相体积模型和表观动力学模型,对气化实验数据进行了拟合,得到了煤样二氧化碳高温气化反应的速率常数、活化能和指前因子等动力学参数。从三种模型的拟合结果可以看出:三种模型均能有效拟合褐煤的高温气化过程,相关系数都在0.96以上;相比之下,缩核芯模型的拟合效果最好,表观动力学模型次之,表明缩核芯模型的模型假设更接近褐煤高温气化反应过程,即褐煤高温气化反应以气体扩散控制为主,反应主要在煤样/半焦外表面进行;由三种模型拟合计算所得褐煤的表观活化能分别为45.6 kJ/mol、45.8 kJ/mol、47.1 kJ/mol,缩核芯模型和表观动力学模型拟合所得活化能非常接近,印证了模型拟合结果具有较高的可信度。

高含量β相PVDF薄膜的制备技术及相形成机理研究进展

压电材料广泛应用于滤波器、微位移器、驱动器和传感器等电子器件中,在卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域也有着重要的地位。压电材料主要分为单晶体压电材料、多晶体压电材料、高分子压电材料和聚合物-压电陶瓷复合材料。其中高分子压电材料如PVDF具有良好的柔韧性、优异的热电和铁电性能,从而受到学者的广泛关注。本文对溶液浇铸、静电纺丝和拉伸这三种制备高含量β相PVDF的工艺方法进行了总结,指出了工艺种类和工艺参数对β相生成的影响,探讨了不同加工工艺下相转变的机理,并对高含量β相PVDF薄膜制备技术、相形成机理及PVDF薄膜的应用发展趋势进行了展望。

酚醛改性环氧类玻璃体的制备及其自修复性能

类玻璃体(Vitrimer)在保持交联的状态下还具有塑性变形能力,意味着传统的热固性树脂具有了二次热加工成型的能力,有效地减少废品率,从源头减少垃圾。利用Vitrimer具有的塑性变形能力也可以进行材料自修复而延长使用寿命,从而对环境保护、减排作出贡献。本文以异辛酸亚锡为催化剂、酚醛树脂为改性剂制备了环氧Vitrimer材料。研究结果表明:催化剂含量的增加会使体系固化更加完全,因此对材料弯曲强度有一定的改善,最高可达到87.5 MPa。引入酚醛树脂后弯曲强度由改性前的87.5 MPa提高到126.9 MPa,拉伸强度达63.3 MPa。但酚醛树脂的加入量过高时,材料的交联密度有所降低,其力学性能在达到顶点后出现下降趋势。对酸酐固化的环氧Vitrimer体系松弛过程研究表明:增加催化剂含量和提高温度都可以降低材料的松弛时间,但是高温后固化会抑制松弛过程,影响自焊接强度。酚醛改性后材料的应力松弛明显快于纯酸酐固化的环氧试样。10mol%催化剂试样在180℃至190℃松弛速率产生一个突变,190℃明显加快,而酚醛的引入则可以将突变温度Ts提前到180℃。在无压力条件下,样品可以实现划痕的修复。在松弛的突变温度以上修复的试样剪切强度和划痕修复效果明显提高。相对未加酚醛样品,酚醛改性样品修复效果更好。催化剂对试样修复强度和修复速度有明显影响。

新型自支撑ZIF玻璃膜的制备及气体分离性能

金属–有机骨架(MOF)材料因其较高的比表面积、丰富的化学官能团、可调的孔隙结构和良好的热化学稳定性而可作为膜材料备受关注。本工作利用液体辅助球磨法合成了沸石型咪唑酯骨架材料(ZIF-62),通过对压制的ZIF-62薄片进行热处理,得到了具有良好气体分离性能的自支撑ZIF-62玻璃膜。结果表明,热处理过程未改变ZIF-62晶体的化学键和配体组成,实现了ZIF-62晶体从晶态到无定形玻璃态的转化。通过改变ZIF-62粉末的添加量,可以得到不同厚度的自支撑ZIF-62玻璃膜,随着厚度的不断降低,制备的ZIF-62玻璃膜的CO_(2)渗透速率不断增加,CO_(2)/CH_(4)分离选择性不断降低。此外,在48 h的连续测试过程中,ZIF-62玻璃膜的气体分离性能依旧保持良好的稳定性。本工作对MOF材料在膜气体分离领域中的应用具有参考意义。

超细半导体纳米线/棒的可控合成与新奇性质研究及功能应用

超细半导体纳米线/棒是近年来发展起来的一类新型功能纳米材料,由于其具有接近原子尺度的直径和高度的结构各向异性,而表现出强烈的量子限域效应和界面效应,以及由此所伴生的诸多新奇的物理和化学性质,在光电器件与传感检测等领域具有广阔的应用前景,是纳米材料领域研究的前沿和热点.鉴于其独特性和重要性,本文系统总结了超细半导体纳米线/棒领域近年来的研究和应用进展,着重介绍了其制备方法和光学、电学、磁学等新奇性质及其在光电转化、光电探测、光催化、气体传感等领域的应用原理和重要进展;在此基础上挖掘了调控其生长过程和理化性质的内在规律,凝练了该领域发展中所面临的关键难题,展望了未来可能的发展方向,希望借此推动这类特殊纳米材料的快速发展.

冷轧Ti/Al层状复合材料固-液反应过程中的界面微观组织演变

将冷轧Ti/Al层状复合材料在675~750℃下进行不同时间的退火处理,退火过程中钛和铝都保持过剩,研究了Ti/Al层状复合材料的界面微观组织演变。结果表明:Ti和Al的界面层由2个亚层组成,其中一个为紧密的TiAl_(3)亚层,其微观结构为紧密的TiAl_(3)层,其中分布着随机取向的充满Al的裂纹,另一个为颗粒状的TiAl_(3)亚层,其微观组织结构是颗粒状的TiAl_(3)分布在Al基体中。在不同的退火温度和时间条件下,紧密TiAl_(3)亚层的厚度几乎没有变化,但是颗粒状亚层的厚度随着退火温度及时间的增加而增加;另外,界面层中的TiAl_(3)颗粒的体积分数在不同的温度下均随着退火时间的延长而下降。因此提出了反应扩散模型来描述界面层的形成机理,在此模型中,TiAl_(3)相是化学反应和扩散的结果,并且也考虑了TiAl_(3)相的溶解。计算结果表明TiAl_(3)相的形成与生长由化学反应控制,其等效厚度与退火时间之间遵循线性规律,这主要是因为Ti和Al原子能够快速地通过紧密的薄TiAl_(3)亚层。