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钢渣–花生壳复合活性炭制备及其甲醛脱除行为

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硅酸盐学报 2024年第7期 2286-2295页

作者：杜晓燕王倩韩伟胜于先坤张浩安徽工业大学建筑工程学院冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 中钢集团马鞍山矿山研究院股份有限公司安徽工业大学冶金工程学院

为探索钢渣高附加值利用新途径，采用微波加热–磷酸活化法复合制备了钢渣–花生壳复合活性炭（SPAC），考察其室温条件下低质量浓度甲醛（HCHO）脱除行为，并对最佳样品的表面化学性质和微观结构进行了描述和分析。结果表明：当微波功... 详细信息

为探索钢渣高附加值利用新途径，采用微波加热–磷酸活化法复合制备了钢渣–花生壳复合活性炭（SPAC），考察其室温条件下低质量浓度甲醛（HCHO）脱除行为，并对最佳样品的表面化学性质和微观结构进行了描述和分析。结果表明：当微波功率为550 W、浸渍比为1.25:1.00、钢渣超微粉掺量（质量分数）为15%时，所制备的钢渣–花生壳复合活性炭对甲醛气体脱除率最高，即93.2%。钢渣–花生壳复合活性炭的脱除率与甲醛初始质量浓度呈负相关、而与脱除量呈正相关，其脱除动力学行为更加符合准二级动力学模型，化学因素是控制脱除反应速率的重要因素；脱除平衡特征更加符合Freundlich模型，属于优惠脱除，化学键力起到重要作用。钢渣–花生壳复合活性炭一方面具有优良的多孔结构及较大比表面积，对低质量浓度甲醛起到聚集作用；另一方面含有的铁元素(Fe2+、Fe3+价态)与锰元素(Mn2+价态)协同作用，实现对甲醛进一步吸附富集的同时，发生催化氧化脱除甲醛。该研究不仅为钢渣基功能材料的探索研究提供参考，而且为室温低浓度甲醛高效脱除提供理论支撑。

关键词：钢渣花生壳活性炭甲醛脱除

制备ZnO/CdS/Au异质结用于可见光催化降解低浓度甲醛

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环境工程学报 2024年第2期18卷 560-568页

作者：于先坤刘雁军杨晓军卢洪玉万杰王晓丽邓琳吴功德中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司马鞍山243000 南京工程学院能源研究院南京211167 东南大学建筑与土木工程学院南京211189

采用水热法和化学浴沉积法制备了ZnO/CdS/Au异质结光催化剂,用于可见光下室温去除低浓度甲醛。通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV、PL、PEC、EIS等手段对ZnO/CdS/Au异质结光催化剂的光学性能、光电性能进行表征。结果表明,Au负载的ZnO/CdS纳... 详细信息

采用水热法和化学浴沉积法制备了ZnO/CdS/Au异质结光催化剂,用于可见光下室温去除低浓度甲醛。通过XRD、SEM、TEM、XPS、UV、PL、PEC、EIS等手段对ZnO/CdS/Au异质结光催化剂的光学性能、光电性能进行表征。结果表明,Au负载的ZnO/CdS纳米棒组成的微米花状结构中,异质结和金属等离子体效应能拓宽光谱吸收范围,抑制半导体缺陷发光,促进光吸收以及光生电子空穴的分离和迁移;所制备的ZnO/CdS/Au异质结光催化剂对甲醛的去除具有优异性能,室温下2 h即可将反应舱内低质量浓度甲醛(1.25 mg·m^(-3))降至0.025 mg·m^(-3)以下,且经过8次重复使用后催化剂活性没有明显下降。此外,影响甲醛去除的因素,如催化剂种类、光照波长、甲醛初始质量浓度、相对湿度也进行了研究和探讨。该研究结果对低浓度甲醛的室温去除具有理论指导意义。

关键词：光催化异质结金属低浓度甲醛

盾粉/橡胶增容复合材料性能与机理的光谱学分析

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1177-1182页

作者：于先坤徐维成张浩吴玉喜李海丽龙红明程峥明刘自民容北国张贵文冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 安徽马鞍山243002 安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032 安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032 中钢集团马鞍山矿山研究院股份有限公司安徽马鞍山243000 首钢京唐钢铁联合有限责任公司河北唐山063200 马鞍山钢铁股份有限公司安徽马鞍山243003 桂林鸿程矿山设备制造有限责任公司广西桂林541002 江苏华安橡胶科技有限公司江苏宿迁223600

碳酸钙是橡胶生产中重要的无机填充剂,具有增容、补强等功能。随着中国橡胶需求量的不断增长,碳酸钙用量不断扩大,其生产成本与能源消耗等问题日益突出。钢渣是炼钢过程中产生的副产品,存在着利用率低、堆积量大等问题。钢渣的主要成分... 详细信息

碳酸钙是橡胶生产中重要的无机填充剂,具有增容、补强等功能。随着中国橡胶需求量的不断增长,碳酸钙用量不断扩大,其生产成本与能源消耗等问题日益突出。钢渣是炼钢过程中产生的副产品,存在着利用率低、堆积量大等问题。钢渣的主要成分为CaO、SiO_(2)、Fe_(x)O_(y)、Al_(2)O_(3)等物质,物化性能与传统填料相近,且钢渣的耐磨性与多孔性优异,因此利用钢渣替代部分碳酸钙作为橡胶填充材料不仅具有重要研究意义而且可以缓解能源消耗、环境污染等问题。基于此,利用自制功能复合剂和超细立磨的方法对钢渣进行联合处理得到粒径800目的样品盾粉,制备活性碳酸钙与盾粉用量比不同的盾粉/橡胶增容复合材料。利用智能型硫化仪、电子拉力机、橡胶硬度计、微型量热仪(MCC)对制备的盾粉/橡胶增容复合材料进行性能测试,热重分析-傅里叶变换红外光谱仪(TG-FTIR)、拉曼光谱仪(Ram)对盾粉/橡胶增容复合材料进行表征分析。结果表明:盾粉替代部分活性碳酸钙对橡胶体系硫化性能有一定的促进作用,可以提高盾粉/橡胶增容复合材料的硫化速度;盾粉的加入可以提高复合橡胶体系的力学性能与阻燃性能;通过微型量热仪(MCC)和拉曼光谱仪(Ram)对盾粉/橡胶增容复合材料分析发现,盾粉替代部分活性碳酸钙后的橡胶体系热释放能力和总热释放量降低、炭渣石墨化程度提升,进一步说明了盾粉替代部分活性碳酸钙在保证盾粉/橡胶增容复合材料物理学性能的前提下也具有一定的阻燃性能。热重-红外分析表明盾粉/橡胶增容复合材料在裂解过程中产生的气体主要为碳氢化合物;自制功能复合剂的加入可以缓解钢渣界面与橡胶界面不相容的问题,优化橡胶复合材料。以上研究为制备性能更优的盾粉/橡胶增容复合材料提供数据理论支持。

关键词：钢渣橡胶表面改性固废利用

基于响应曲面法制备钢渣–花生壳基生态活性炭及其吸附性能研究

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工程科学学报 2023年第6期45卷 979-986页

作者：杜晓燕韩伟胜孟子涵于先坤杨晓军张浩安徽工业大学建筑工程学院马鞍山243032 冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 马鞍山243002 金属矿山安全与健康国家重点实验室马鞍山243000 中钢集团马鞍山矿山研究院股份有限公司马鞍山243000

以钢渣超微粉和花生壳为原料制备钢渣–花生壳基生态活性炭,基于响应曲面法研究微波功率、浸渍比、钢渣掺量和钢渣细度对钢渣–花生壳基生态活性炭对甲醛气体吸附率的影响,并对其进行优化处理.利用X-射线红外光谱仪、场发射扫描电镜、... 详细信息

以钢渣超微粉和花生壳为原料制备钢渣–花生壳基生态活性炭,基于响应曲面法研究微波功率、浸渍比、钢渣掺量和钢渣细度对钢渣–花生壳基生态活性炭对甲醛气体吸附率的影响,并对其进行优化处理.利用X-射线红外光谱仪、场发射扫描电镜、比表面积及孔径测定仪等对钢渣–花生壳基生态活性炭进行表征分析.结果表明:钢渣–花生壳基生态活性炭最优制备参数为微波功率530 W,钢渣细度1160目,钢渣掺量(质量分数)10.8%,浸渍比1.25,其对甲醛气体的吸附率为94.14%.影响钢渣–花生壳基生态活性炭性能的因素次序依次为:微波功率、钢渣掺量、浸渍比、钢渣细度,其中微波功率与浸渍比、微波功率与钢渣掺量、钢渣掺量与钢渣细度均存在显著交互作用.适量钢渣改性活性炭有利于形成规则的孔结构、提高表面酸性官能团含量以及增强表面极性.

关键词：钢渣花生壳生态活性炭甲醛响应曲面法优化

选矿废水中残留黄药光催化处理及降解效率改进方式研究进展

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过程工程学报 2022年第1期22卷 1-13页

作者：梁锐李明阳高翔鹏于先坤童雄龙红明安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032 安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室安徽马鞍山243032 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司安徽马鞍山243000

光催化方法降解选矿废水中黄药是一种环境友好型的选矿废水处理工艺,具有操作简单方便、适用范围广、反应条件温和、无二次污染等优点。本工作以黄药为光催化降解对象,综述了近年来相关催化剂的研究进展,主要介绍了光催化剂的研究概况,... 详细信息

光催化方法降解选矿废水中黄药是一种环境友好型的选矿废水处理工艺,具有操作简单方便、适用范围广、反应条件温和、无二次污染等优点。本工作以黄药为光催化降解对象,综述了近年来相关催化剂的研究进展,主要介绍了光催化剂的研究概况,根据光催化剂材料的差异及其改性方式的不同分类进行说明,其次基于影响光催化降解率的因素总结提出了改善方法,同时对光催化降解黄药的催化剂的设计及工艺开发进行了展望。

关键词：光催化黄药选矿废水降解改性

基于网格冻结法颗粒沉积形态对纤维介质过滤特性的影响

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煤炭学报 2013年第10期38卷 1873-1877页

作者：钱付平于先坤鲁进利安徽工业大学建筑工程学院安徽马鞍山243032

为研究不同操作条件下颗粒沉积形态对纤维介质过滤特性的影响,采用计算流体动力学中的网格冻结法来处理运动边界,使动态边界计算问题简化成固体边界问题,利用该方法定性地描述纤维介质表面颗粒的沉积形态,并利用数值模拟的方法计算不同... 详细信息

为研究不同操作条件下颗粒沉积形态对纤维介质过滤特性的影响,采用计算流体动力学中的网格冻结法来处理运动边界,使动态边界计算问题简化成固体边界问题,利用该方法定性地描述纤维介质表面颗粒的沉积形态,并利用数值模拟的方法计算不同斯托克斯数St、不同沉积颗粒数和不同颗粒沉积形态下纤维介质的过滤效率。研究结果表明:在一定范围内增大St可以显著增加纤维介质的过滤效率;颗粒在纤维表面的沉积有利于提高纤维的过滤效率,并且在颗粒沉积的初期作用显著,而在其沉积的后期,过滤效率增幅相比初期会大幅降低并呈平缓趋势;同时,与迎面过滤颗粒有较大接触表面积的沉积形态,有利于纤维介质对颗粒的捕集。

关键词：网格冻结颗粒沉积形态纤维介质过滤特性数值模拟

尾废基地质聚合物制备分子筛的合成方法及在工业废水处理中的应用研究进展

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过程工程学报 2022年第6期22卷 720-733页

作者：张晨杨诚李明阳高翔鹏于先坤童雄龙红明安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032 安徽工业大学冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室安徽马鞍山243032 昆明理工大学国土资源工程学院云南昆明650093 华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司安徽马鞍山243000

地质聚合物是具有三维立体网状结构的无机凝胶材料,具有原料来源广泛、制备工艺简单、耗能小、污染低、有优良的吸附性、较高耐酸碱腐蚀性和较强机械性能等特点。分子筛具有内部孔道均匀、比表面积大、反应选择性高等优点,是一种特殊高... 详细信息

地质聚合物是具有三维立体网状结构的无机凝胶材料,具有原料来源广泛、制备工艺简单、耗能小、污染低、有优良的吸附性、较高耐酸碱腐蚀性和较强机械性能等特点。分子筛具有内部孔道均匀、比表面积大、反应选择性高等优点,是一种特殊高效的吸附材料。由于与地质聚合物存在物质传递和结构遗传的关系,分子筛可在一定条件下由地质聚合物转化而成。富含硅铝元素的工业废渣均可制备地质聚合物和分子筛,由于其自身特点,常被用作吸附剂处理工业废水,从而实现资源化利用和“以废治废”的目的。本工作综述了尾废地质聚合物制备分子筛合成和在工业废水处理中的应用的研究进展,介绍原料来源和材料性能特点,总结利用粉煤灰、尾矿、矿渣等材料制备地质聚合物基分子筛的合成方法,分析了分子筛材料处理工业废水的应用现状,对寻找到更加经济先进的分子筛合成工艺和推广工业化应用进行了展望。

关键词：地质聚合物分子筛合成方法工业废水工业尾废

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某选矿厂除尘系统整改方案设计研究

环境工程 2017年第S1期35卷 11-14,18页

作者：于先坤杨洪华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽欣创节能环保科技股份有限公司

某选矿厂原有7台湿式除尘器,因运行年限较长,现厂区内粉尘浓度排放超标,采用新型产品及技术对该选矿厂的除尘系统进行整改方案设计,不仅能够大大改善选矿厂环境,降低岗位粉尘浓度,达到节能减排的目的,减少了环境污染,节约社会资源,具有... 详细信息

某选矿厂原有7台湿式除尘器,因运行年限较长,现厂区内粉尘浓度排放超标,采用新型产品及技术对该选矿厂的除尘系统进行整改方案设计,不仅能够大大改善选矿厂环境,降低岗位粉尘浓度,达到节能减排的目的,减少了环境污染,节约社会资源,具有一定的社会效益和经济效益。

关键词：选矿厂除尘系统整改高效防湿超净除尘器

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钢渣用于土壤修复与改良的研究进展

中国冶金 2023年第2期33卷 1-7页

作者：龙红明武皓天于先坤叶雁飞陈煜张浩冶金减排与资源综合利用教育部重点实验室(安徽工业大学) 安徽马鞍山243002 安徽工业大学冶金工程学院安徽马鞍山243032 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司安徽马鞍山243000 宝武环科(湛江)资源循环利用有限公司广东湛江524033 南京农业大学草业学院江苏南京210095

环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,中国重金属污染土壤已经对生态环境和人体健康造成严重的危害,必须采取有效的措施对污染土壤进行修复与改良处理。利用钢渣具有的高碱性、多孔性和胶凝性制备钢渣基修复... 详细信息

环境保护部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示,中国重金属污染土壤已经对生态环境和人体健康造成严重的危害,必须采取有效的措施对污染土壤进行修复与改良处理。利用钢渣具有的高碱性、多孔性和胶凝性制备钢渣基修复材料用于土壤修复与改良成为重要途径之一。基于钢渣的物化性质,对钢渣基修复材料作为土壤修复与改良的药剂进行具体分析;阐述钢渣基修复材料在土壤修复与改良中的工程应用,并就目前钢渣基修复材料的技术发展进行评述。在此基础上,指出优化钢渣基修复材料性能、拓展其在不同性质土壤的应用,以及结合草坪种植、休闲农业种植、农业景观设计等开发多种钢渣基修复材料,是钢渣修复与改良土壤未来的主要发展方向。

关键词：碳钢钢渣钢渣基修复材料土壤修复土壤改良冶金固废利用