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基于DFT研究Ca^(2+)取代对高岭石晶体结构及表面性质的影响

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中国矿业大学学报 2023年第2期52卷 406-416页

作者：束庆东闵凡飞陈军安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001

为探索Ca^(2+)取代对高岭石晶体结构及表面性质的影响机制,构建了Ca^(2+)取代高岭石晶胞模型,并采用密度泛函理论方法对其进行键长、键角、能带结构及态密度、前线轨道、Fukui指数及电荷等分析.模拟结果表明:取代后晶胞导电性增强,同时... 详细信息

为探索Ca^(2+)取代对高岭石晶体结构及表面性质的影响机制,构建了Ca^(2+)取代高岭石晶胞模型,并采用密度泛函理论方法对其进行键长、键角、能带结构及态密度、前线轨道、Fukui指数及电荷等分析.模拟结果表明:取代后晶胞导电性增强,同时反应活性更强,其中Na^(+)平衡构型比K+平衡构型更稳定;在(001)面及■面上,取代后高岭石表面反应活性增强,其中H1,O3位点反应活性增强,而水分子相较于■面更倾向于吸附在(001)面.结合表面电荷分布,取代高岭石(001)面电负性增强,同时Na^(+)与(001)面及■面均以静电作用为主.Ca^(2+)取代Al^(3+),使得晶体产生局部膨胀,周围晶格结构产生变化;同时取代后改变晶体轨道电子分布,轨道能量及电荷密度随之变化,最终改变反应活性.

关键词：煤系高岭石 Ca^(2+)离子晶格取代密度泛函理论

不同Ca^(2+)浓度及pH值溶液中高岭石颗粒表面Zeta电位模拟

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中国矿业大学学报 2013年第4期42卷 631-637页

作者：李宏亮闵凡飞彭陈亮安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001

高岭石颗粒因表面荷电稳定分散在煤泥水中难以沉降,水溶液中Ca2+浓度及pH值对高岭石颗粒表面Zeta电位影响较大.基于高岭石不同断面的不同荷电机理,选择高岭石不同断面的晶胞数为权重,得到了颗粒表面总Zeta电位模型,并进行了模拟计算,利... 详细信息

高岭石颗粒因表面荷电稳定分散在煤泥水中难以沉降,水溶液中Ca2+浓度及pH值对高岭石颗粒表面Zeta电位影响较大.基于高岭石不同断面的不同荷电机理,选择高岭石不同断面的晶胞数为权重,得到了颗粒表面总Zeta电位模型,并进行了模拟计算,利用拟合对该模型进行校正.采用电泳法测定了不同Ca2+浓度及不同pH值下高岭石颗粒的Zeta电位,并与模拟值进行了比较,结果表明:当溶液中Ca2+浓度大于等于25mg/L时,模型能够有效的预测高岭石表面的Zeta电位,最大偏差为1.368mV;当溶液中Ca2+浓度小于25mg/L的溶液中,由于Helm-holtz内层负电荷吸附量变化,预测精度降低.当溶液中pH值小于等于9时,模型能够有效的预测高岭石表面的Zeta电位,模型的最大偏差为1.368mV;当溶液中pH值大于等于9时,由于Ca2+的羟基络合吸附量增大,预测精度降低.

关键词：高岭石 Zeta电位 Ca2+浓度 pH值模拟

煤泥水中微细高岭石/蒙脱石颗粒表面水化分子动力学模拟研究

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煤炭学报 2018年第1期43卷 242-249页

作者：闵凡飞陈军彭陈亮安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001 江西理工大学工程研究院江西赣州341000

煤泥颗粒界面水化是煤泥水难以沉降脱水的主要原因,采用分子动力学模拟研究了煤泥水中主要微细黏土矿物颗粒高岭石及蒙脱石颗粒界面水化分子动力学特性,模拟计算了矿物颗粒界面水平衡构型、界面原子浓度、水分子扩散系数及金属离子的影... 详细信息

煤泥颗粒界面水化是煤泥水难以沉降脱水的主要原因,采用分子动力学模拟研究了煤泥水中主要微细黏土矿物颗粒高岭石及蒙脱石颗粒界面水化分子动力学特性,模拟计算了矿物颗粒界面水平衡构型、界面原子浓度、水分子扩散系数及金属离子的影响。研究结果表明:水分子能够通过氢键在高岭石及蒙脱石颗粒表面发生水化作用;随水覆盖率(或水分子数)的不断增加,矿物颗粒表面对水分子的束缚力逐渐减小,界面处的氢键作用逐渐减弱,其中水分子在亲水性的高岭石和蒙脱石界面能逐渐形成3个水分子层,总厚度为(8~10)×10^(-10)m;高岭石(001)面水化程度大于蒙脱石(001)面;二价金属离子对蒙脱石水化的促进作用强于一价金属离子。

关键词：煤泥水水化分子动力学高岭石蒙脱石

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生物质与不同变质程度煤混合燃烧特性的研究

中国矿业大学学报 2005年第2期34卷 236-241页

作者：闵凡飞张明旭安徽理工大学材料系

采用TG/DTG/DTA技术研究了不同变质程度煤(褐煤、烟煤和无烟煤)、生物质(小麦秸秆和玉米芯)以及煤和不同比例生物质的混合燃料的燃烧特性,升温速率为15℃/min,温度范围为25～900℃.分析了燃烧特征参数如着火温度、燃烧速率最大时的温度... 详细信息

采用TG/DTG/DTA技术研究了不同变质程度煤(褐煤、烟煤和无烟煤)、生物质(小麦秸秆和玉米芯)以及煤和不同比例生物质的混合燃料的燃烧特性,升温速率为15℃/min,温度范围为25～900℃.分析了燃烧特征参数如着火温度、燃烧速率最大时的温度、燃尽温度和最大燃烧速率以及燃烧特性指数.采用Freeman-carroll(FC)法计算了燃烧动力学参数.结果表明,生物质和煤相比具有较低的燃烧特征温度和较快的燃烧速率;在褐煤和烟煤中加入生物质后,燃烧特征温度降低,燃烧速率增大;无烟煤中加入生物质后,对其着火温度影响较小,燃尽温度降低;此外,加入生物质后煤的燃烧表观活化能降低,表观活化能E与指前因子A存在动力学补偿效应.

关键词：生物质不同变质程度煤混合燃料燃烧特性动力学补偿效应

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新鲜生物质热解气化制富氢燃料气的基础研究

2008年

作者：闵凡飞

本书采用TG/DTA/DTG/GC联用技术详细研究了新鲜生物质的热解特性以及热解气化气体释放特性；采用Ozawa-Flynn-Wall法和Popescu法对新鲜生物质热解动力学进行了研究；采用FTIR、XRD以及SEM等现代分析方法对新鲜生物质的机理进行了探讨；... 详细信息

ISBN: (纸本)9787811079999

本书采用TG/DTA/DTG/GC联用技术详细研究了新鲜生物质的热解特性以及热解气化气体释放特性；采用Ozawa-Flynn-Wall法和Popescu法对新鲜生物质热解动力学进行了研究；采用FTIR、XRD以及SEM等现代分析方法对新鲜生物质的机理进行了探讨；在固定床试验系统上进行了新鲜生物质的热解气化制取富氢燃料气的试验研究。

关键词：生物能热解气化富氢气体燃料气

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工业废水水煤浆燃烧特性的热分析综合研究

中国矿业大学学报 2001年第3期30卷 285-289页

作者：张明旭闵凡飞淮南工业学院安徽淮南232001

用 TG- DTG- DTA(热重 -微分热重 -差热 )热分析技术研究了工业废水水煤浆的燃烧特性并与煤粉燃烧特性进行了比较 ,结果表明 :工业废水水煤浆在着火温度 ,燃尽温度方面比煤粉低 ;水煤浆燃烧速度最大时的温度略高于煤粉燃烧速度最大时的... 详细信息

用 TG- DTG- DTA(热重 -微分热重 -差热 )热分析技术研究了工业废水水煤浆的燃烧特性并与煤粉燃烧特性进行了比较 ,结果表明 :工业废水水煤浆在着火温度 ,燃尽温度方面比煤粉低 ;水煤浆燃烧速度最大时的温度略高于煤粉燃烧速度最大时的温度 ;水煤浆中挥发物与固定碳发热量之比与煤粉基本一致或略高 ;说明用工业废水生产水煤浆是可行的 .

关键词：工业废水水煤浆热分析燃烧特性洁净煤技术着火温度热重-微分热重-差热热分析 TG-DTG-DTA热分析

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加权均值生成建模法及其应用

系统工程理论与实践 1998年第3期18卷 114-117页

作者：闵凡飞陈宜治淮南矿业学院

从灰色理论建模特点出发，提出了加权均值生成的数列生成方法，用该方法生成的新数列建模。

关键词：非负序列加权均值生成灰色系统理论

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微波辐射炼焦煤中噻吩硫结构的非热效应研究

光谱学与光谱分析 2018年第11期38卷 3495-3501页

作者：葛涛闵凡飞张明旭安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001

采用XANES和XPS解析山西炼焦煤中有机硫的赋存特征,选择与煤中结构匹配的噻吩硫模型化合物进行微波辐射和水浴加热,通过Raman光谱比较研究两者对模型化合物中含硫结构的作用机制,利用Materials Studio构建、优化模型化合物结构,用密度... 详细信息

采用XANES和XPS解析山西炼焦煤中有机硫的赋存特征,选择与煤中结构匹配的噻吩硫模型化合物进行微波辐射和水浴加热,通过Raman光谱比较研究两者对模型化合物中含硫结构的作用机制,利用Materials Studio构建、优化模型化合物结构,用密度泛函理论计算模拟微波场中模型化合物分子构型参数,解析含硫结构对微波的响应机理。结果表明:噻吩硫是炼焦煤中有机硫最主要的赋存形式。微波辐射后,模型化合物碳硫键和硫硫键的Raman谱吸收峰发生红移,温升速度快的模型化合物红移较小;相同温升的水浴加热后,几乎没有红移现象。微波能量不足以使模型化合物中碳硫键和硫硫键断裂,但能够改变分子构型,模型化合物含硫键在微波场中可能存在某种过渡态。微波作用对煤中噻吩硫结构存在非热效应。

关键词：微波炼焦煤噻吩硫非热效应

煤泥水中微细煤与高岭石颗粒间微观作用的密度泛函研究

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材料导报 2019年第16期33卷 2677-2683页

作者：陈军闵凡飞刘令云安徽理工大学材料科学与工程学院淮南232001 煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室徐州221116

煤和高岭石是高泥化煤泥水中的主要微细颗粒,对煤泥水沉降有着显著的影响。本工作构建了水分子及四种不同煤结构单元的结构模型,采用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)分别对单一水分子/不同煤结构单元在高岭石表面吸附及煤... 详细信息

煤和高岭石是高泥化煤泥水中的主要微细颗粒,对煤泥水沉降有着显著的影响。本工作构建了水分子及四种不同煤结构单元的结构模型,采用密度泛函理论(Density functional theory,DFT)分别对单一水分子/不同煤结构单元在高岭石表面吸附及煤结构单元与水分子在高岭石表面的竞争吸附进行模拟计算,并初步探讨了煤泥水中微细煤与高岭石颗粒间的微观作用机理。DFT计算结果表明:四种不同煤结构单元均能够通过氢键作用及静电引力作用稳定吸附在高岭石表面,且吸附能都低于单一水分子在高岭石相应表面的吸附能;当水分子参与竞争吸附时,会在一定程度上抑制煤结构单元在高岭石表面的吸附,同时煤结构单元能够排开周围水分子以摆脱其占位影响,并与高岭石表面发生稳定吸附;煤泥水中微细煤与高岭石颗粒间的微观作用主要是煤结构单元中含氧官能团与高岭石表面形成的氢键作用和煤结构单元中苯环与高岭石表面间的静电引力作用,其中以苯环与高岭石表面间的静电引力作用为主导。

关键词：煤泥水煤高岭石颗粒间微观作用密度泛函理论