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农业生物质共热解动力学特性及热解产物研究

农业生物质共热解动力学特性及热解产物研究

作者：郭家明天津商业大学

学位级别：硕士

传统化石能源消费量和全球碳排放量日益增大,全球正陷入一场新的能源危机,高效开发和利用可再生能源是应对能源突变式短缺,缓解新旧能源转型阵痛的必然要求。生物质作为唯一一种可再生碳源,成为替代传统化石能源的最优选之一,生物质热... 详细信息

传统化石能源消费量和全球碳排放量日益增大,全球正陷入一场新的能源危机,高效开发和利用可再生能源是应对能源突变式短缺,缓解新旧能源转型阵痛的必然要求。生物质作为唯一一种可再生碳源,成为替代传统化石能源的最优选之一,生物质热解能最高效地实现生物质原料向高品位能源的转化,其中共热解技术能更好地改善热解产物品质,提高能源转化效率。本文选取稻壳、花生壳、小麦秸秆三种典型农业生物质,进行单一样品和不同质量掺混比下的混合样品热重和小试实验,通过比较TG、DTG和DSC曲线,分析了单一热解和共热解失重过程的变化规律;利用FWO法和CR法计算共热解动力学参数,确定了不同掺混比下不同种类生物质共热解的反应模型;利用扫描电镜和气相色谱-质谱联用仪分析了焦炭样貌和焦油组分,并测定了三相产物产率,结果表明:(1)单一热解过程和共热解过程相似,均可划分为干燥和预热解阶段、主要失重阶段、残余固体碳化三个阶段。共热解DSC曲线较单一热解过程具有更多的吸放热峰,共热解过程热焓更大,热量传递过程更加复杂,共热解过程协同效应显著。(2)FWO法和CR法拟合得到:稻壳花生壳掺混比为1:1时,共热解活化能和机理函数为76.3k J/mol、二级反应模型F2;掺混比为2:1时,共热解活化能和机理函数为70.1k J/mol、一级反应模型F1;掺混比为1:2时,共热解活化能和机理函数为79.8k J/mol、二维扩散模型D2;掺混比为3:1时,共热解活化能和机理函数为66.9k J/mol、一级反应模型F1;掺混比为1:3时,共热解活化能和机理函数为85.5k J/mol、一维扩散模型D1。稻壳麦秆掺混比为1:1时,共热解活化能和机理函数为64.0k J/mol、二维扩散模型D2;掺混比为2:1时,共热解活化能和机理函数为66.4k J/mol、一级反应模型F1;掺混比为1:2时,共热解活化能和机理函数为63.4k J/mol、三级反应模型F3;掺混比为3:1时,共热解活化能和机理函数为67.1k J/mol、三维扩散模型D3;掺混比为1:3时,共热解活化能和机理函数为61.7k J/mol、一级反应模型F1。花生壳麦秆掺混比为1:1时,共热解的活化能和机理函数为74.5k J/mol、一级反应模型F1;掺混比为2:1时,共热解活化能和机理函数为78.9k J/mol、一维扩散模型D1;掺混比为1:2时,共热解活化能和机理函数为71.3k J/mol、二级反应模型F2;掺混比为3:1时,共热解活化能和机理函数为81.5k J/mol、二级反应模型F2;掺混比为1:3时,共热解活化能和机理函数为70.0k J/mol、一级反应模型F1。(3)稻壳—花生壳共热解焦炭为黑色块状或颗粒状,断面致密均匀,表现出各向异性;花生壳—麦秆共热解焦炭随麦秆掺混比例的增加逐渐呈现为多孔片层结构;稻壳—麦秆共热解焦炭片层结构更加明显,断裂面表现出玻璃态无定形体的形态特征。(4)不同掺混比下共热解得到的热解焦油中共检测出58种主要有机化合物,主要成分为酚类、醇类、糖类、吡啶、酮类、酯类、酸类、烷烃类等有机物,相对含量较高的有机物有:苯酚、四氢糠醇、愈创木酚、o-甲酚、p-甲酚、3-呋喃甲醇、2-甲氧基-4-甲基苯酚、γ-丁内酯、邻二苯酚、2,6-二甲氧基苯酚。酮类、醇类和酯类的相对含量随花生壳掺混质量增加而增大;吡啶、呋喃和烷烃类相对含量随稻壳掺混质量的增加而变大;酸类、吡啶和酮类相对含量随麦秆掺混比例的增加而增大。(5)单一生物质热解中,稻壳固体产物产率最高,花生壳焦油产率最高,麦秆产气率最高。固体产物产率随稻壳掺混比的增大而增大;焦油产率随花生壳掺混比的增大而增大;产气率随麦秆掺混比的增大而增大。

关键词：生物质共热解动力学机理函数组分分析产率

高盐废水零排放工艺中双金属氢氧化物资源化技术研究

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高盐废水零排放工艺中双金属氢氧化物资源化技术研究

作者：郭家明上海电力大学

学位级别：硕士

随着城市化和工业化发展,我国的工业用水需求逐年增加,随之而来的则是大量高盐废水所带来的处理压力和其排放所带来的环境污染问题。高盐废水零排放能够实现工业水的充分回用,是当前水处理领域重点关注的前瞻性技术。然而,现有零排放技... 详细信息

随着城市化和工业化发展,我国的工业用水需求逐年增加,随之而来的则是大量高盐废水所带来的处理压力和其排放所带来的环境污染问题。高盐废水零排放能够实现工业水的充分回用,是当前水处理领域重点关注的前瞻性技术。然而,现有零排放技术产生的污泥纯度低、产量大且资源化效率低,逐渐成为制约该类技术应用和发展的瓶颈。因此,本文围绕典型高盐废水零排放工艺运行特性和污泥资源化开展研究。针对工艺产生的双金属氢氧化物提出了多条资源化途径,为零排放工艺的实际应用提供技术指导,具有显著的社会、经济和环境效益。根据高盐废水水质,分别构建了零排放深度软化预处理工艺、沉淀除氯短流程零排放中试试验。长期运行结果表明,致垢性离子去除率均高于96%。工艺产生的常规化学污泥均有成熟的资源化途径。然而,产生的双金属氢氧化物,包括钙矾石(Ett)和弗里德尔盐(FS),污泥产量高达29.3和38.3 g/L,一定程度上影响了该工艺的应用和推广。因此,基于其固体特性和化学组成开发了以下资源化路径:1)Ett和FS相对分子质量较大,可作为骨架材料改善市政污泥脱水性能;2)由于其AlO含量较高,且具有特殊的物理结构,是良好的铝系混凝剂制备原料;3)针对其强碱性和较强的离子交换能力等特点,可作为重金属吸附剂实现资源化利用。双金属氢氧化物作为市政污泥调理剂,能够显著改善污泥脱水性能。FS能够降低污泥的粘度,并提高污泥的流动性。而Ett能够增加污泥絮体强度,降低污泥可压缩性,从而改善污泥脱水性能。引入Fe Cl酸化调理可促进污泥中胞内物质的释放,与双金属氢氧化物协同调理后,污泥最低含水率可降至58.8%。调理后的絮体表面形成了规则的孔状结构,更有利于污泥间隙水的释放。双金属氢氧化物可代替石灰,作为更加经济的调理剂实现资源化利用。针对FS提出了“酸浸-碱化聚合”制备PAC的资源化方案。为提高FS中AlO含量,对高盐废水零排放工艺进行了源头调控。在最佳Al/Cl和Ca/Cl分别为1.5和2.4条件下,Cl去除效果稳定,且FS结晶良好。在FS酸浸过程中,沉淀物几乎完全溶解,无副产物生成。经Ca O碱化后,PAC水解产物聚合程度更高,有利于改善混凝剂的网捕和吸附架桥作用。制备的PAC对造纸废水和生活污水中污染物去除效果显著。资源化可补偿工艺药剂成本的80%,具有良好的经济和环境效益。双金属氢氧化物作为重金属吸附剂,可实现脱硫废水重金属的高效去除,当Ett和FS投加量分别为0.15和0.07 g/L时,Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)去除率可达90%以上。重金属阳离子可通过表面沉淀和同构取代实现快速吸附,1 min时吸附量可达最大吸附容量的86%,重金属阴离子则可通过表面吸附和层间离子交换实现去除。在干扰离子大量共存,重金属浓度较高的情况下,Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)均可达到《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》(DL/T 997-2006)。基于超高石灰铝法的高盐废水零排放工艺能够实现污泥分类资源化,有望成为膜法或热法零排放工艺的有效替代方案。本研究所提出的双金属氢氧化物资源化技术,完善了高盐废水零排放工艺的资源化技术链,对推动该工艺的实际应用具有重要的现实意义。

关键词：高盐废水零排放资源化双金属氢氧化物污泥调理剂混凝剂

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Kerr度规引力场对费米子的量子散射

物理学报 2022年

作者：郭家明薛迅新疆大学物理科学与技术学院华东师范大学物理系

对Levi-Civita联络按宇称变换做分解，得到在引力场对费米子散射微扰论最低阶近似以及弱引力近似下，一般度规的引力场对狄拉克(Dirac)和马约拉纳(Majorana)费米子量子散射矩阵元差别来自宇称变换下类似矢量的部分；对克尔(Kerr)度规的...

对Levi-Civita联络按宇称变换做分解，得到在引力场对费米子散射微扰论最低阶近似以及弱引力近似下，一般度规的引力场对狄拉克(Dirac)和马约拉纳(Majorana)费米子量子散射矩阵元差别来自宇称变换下类似矢量的部分；对克尔(Kerr)度规的引力场散射，证实不同类型费米子的散射差别与克尔(Kerr)引力源的角动量相关，其散射矩阵元正比于引力源的质量与角动量乘积的平方。

关键词：

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用旋转引力场分辨中微子的费米子类型

华东师范大学学报（自然科学版） 2023年第4期 177-191页

作者：郭家明薛迅新疆大学物理科学与技术学院乌鲁木齐830046 新疆大学理论物理中心乌鲁木齐830046 华东师范大学物理与电子科学学院上海200241 华东师范大学重庆研究院重庆401120

在前人关于Majorana费米子和Dirac费米子在Schwarzschild时空中的散射和挠率对这两种费米子散射影响研究的基础上,在引力的弱场近似和引力场对费米子散射的微扰论的最低阶近似下,仿照挠率的分解,将自旋联络分解为在宇称变换下类似矢量... 详细信息

在前人关于Majorana费米子和Dirac费米子在Schwarzschild时空中的散射和挠率对这两种费米子散射影响研究的基础上,在引力的弱场近似和引力场对费米子散射的微扰论的最低阶近似下,仿照挠率的分解,将自旋联络分解为在宇称变换下类似矢量的部分和类似轴矢量的部分;分别分析了这两部分对两种费米子的散射矩阵元的影响,发现一般的引力场对两种费米子的量子散射矩阵元存在差别,并且差别来自类似矢量的部分;之后,在Kerr引力场背景下,对上述发现进行了验证,发现两种费米子的散射矩阵元的差别与引力源的质量和角动量有关,并且当角动量为0时,会退化为Schwarzschild时空中的情况.

关键词： Majorana费米子挠率绝对平行引力 Kerr度规

基于非正交多址接入下的联合传输多点协作系统的研究

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基于非正交多址接入下的联合传输多点协作系统的研究

作者：郭家明西安电子科技大学

学位级别：硕士

通信技术发展对社会进步具有历史性意义,但频谱资源短缺问题成为通信进一步发展的桎梏。基于非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）的多点协作传输网络（Coordinated Multipoint Transmission,Co MP）由于具有较高谱... 详细信息

通信技术发展对社会进步具有历史性意义,但频谱资源短缺问题成为通信进一步发展的桎梏。基于非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）的多点协作传输网络（Coordinated Multipoint Transmission,Co MP）由于具有较高谱效及解决小区间干扰的优势,受到了广泛的关注。5G网络典型的异构性导致干扰会严重限制频谱资源在空域与时域上的可重用性。将非正交多址接入与多点协作传输干扰管理方法适当结合,可进一步解决小区边缘传输性能问题。目前对联合多点协作传输NOMA网络的研究并不完善,还存在以下问题:多小区网络中,以边缘用户为中心,协作点分簇的方式会影响用户的服务质量,如何选择多个协作点为同一用户传输信息,协作集合选择需进一步探索。另外,服务用户的不同应用场景和非正交多址以功率域区分用户信息,导致系统分配的传输资源大小不同,在服务用户保证其最小传输质量情况下,提升总传输速率的优化也是有待研究的问题。针对上述问题,本文研究内容如下:（1）建立联合多点协作传输NOMA网络系统模型,区分Co MP场景下用户类型,同时求解区域范围内小区边缘用户接收信号数学表达形式。进一步,对该网络下资源调度管理问题进行研究,分析静态及动态协作点选择方案的优缺点,设计一种基于门限判决的时延受限协作点选择方案。该方案分两步完成协作点集合确认:首先,由系统循环前缀及协作点地理位置信息,在区域内协作点中筛选出协作点报告集,报告集中协作点报告其信道状态信息以供第二步选择。然后,针对报告集中协作点信道系数门限判决,门限在每一迭代阶段的开始重新计算,当迭代至选择集合大小与设置最小服务协作点数目相同时,迭代结束。最终确定选择协作点集。（2）当协作点集合与边缘用户集合都已确定,建立联合多点协作传输NOMA网络资源分配数学模型,提出满足最小传输速率约束的总和速率优化问题,讨论并证明该问题为凸优化问题,通过使用不等式约束的KKT条件对优化问题求解,并以简化模型为例,采用拉格朗日乘子法求解最优传输功率分配系数的闭式解。（3）仿真及验证研究内容的有效性。资源调度管理方面,利用筛选后保留协作点概率及门限判决迭代次数,分析性能受协作点数目、小区服务区域范围及预设极小值的影响。资源分配方面,对比不同接入方式下系统频谱效率与场景中每一用户的性能受协作点数目的影响曲线验证联合多点协作传输NOMA的优越性。

关键词：联合多点协作传输干扰管理非正交多址接入协作集合选择资源分配及管理调度

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《住宅空间设计》

当代文坛 2023年第2期 I0011-I0011页

作者：郭家明广东石油化工学院艺术与设计学院

双金属硫化物的CVT法合成、形貌及性质研究

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双金属硫化物的CVT法合成、形貌及性质研究

作者：郭家明吉林大学

学位级别：硕士

双金属硫化物由于具有多变的化学组成和丰富的空间结构，以及独特的光、电、磁等性质而引起了材料学家的巨大兴趣，最终成为含硫化合物研究中不可或缺的一部分。近年来，无机化学、物理化学、材料化学和晶体工程学等多个学科领域的交叉... 详细信息

双金属硫化物由于具有多变的化学组成和丰富的空间结构，以及独特的光、电、磁等性质而引起了材料学家的巨大兴趣，最终成为含硫化合物研究中不可或缺的一部分。近年来，无机化学、物理化学、材料化学和晶体工程学等多个学科领域的交叉发展，则促使双金属硫化物的结构形貌、及物理化学性质等被深入研究探讨，并取得了一系列令人瞩目的成果，它们在润滑剂、储氢材料、热电材料及超导材料等新兴材料领域与高科技领域占有越来越重要的地位。近年来，随着分析测试手段的进步和各种理论研究的深入，学术研究的重点之一转移至双金属化合物的形貌与性质的相互关系上。因为物质形貌及表面状态等的改变最终必会影响化合物的各种性质，所以围绕着化合物的形貌与物理化学性质，对双金属硫化物的合成方法予以改进，可将双金属硫化物推向更多的应用领域。在本文工作涉及的不匹配层状金属硫化物和插层化合物FeTaS，都有代表意义和重要的应用价值。因此，对这两个双金属硫化物体系的形貌、结构、合成方法和性质进行研究，是一项既具有理论意义又具有实用价值的科学课题。 1. PbTiS，即(PbS)1.18TiS，是典型的不匹配层状硫属化合物(MLCs)，它在插层化合物、锂离子电池和热电材料等研究领域有应用价值。之前的研究报道中，PbTiS的传统合成方法为化学气相传输法(CVT)，使用钛粉或者钛的硫化物做为钛源、单质Pb或PbS做铅源，与硫粉混合后成为反应原料，加热温度为750℃，反应时间为7-10天，通常为了得到较大尺寸的传输产物，会选择单质碘或者氯化铵作为传输剂。本文利用化学气相传输法(CVT)，在温度为650℃、加热6天后，合成了尺寸达1cm的高结晶度片状MLCs PbTiS。首次使用海绵钛代替钛粉或者钛的硫化物作为钛源，且合成实验中并未使用传输剂。与传统的合成方法相比(750℃，7天)，一定程度地降低了CVT反应的合成条件，改进了PbTiS的合成方法，其原因可能来自于海绵钛表面的多孔性结构对CVT体系中气态混合物浓度梯度的影响。 2.首次合成了Pb-Nb-S和Pb-Ta-S体系的管状物，本文中Pb-Nb-S体系的管状产物的最大尺寸达2cm，而Pb-Ta-S体系的则是6mm。本文初步讨论了原料配比、反应温度和加热时间等CVT实验条件对制备管状晶体的影响。CVT反应中加热温度是一个关键的要素：当加热温度为750-850℃时，体系中倾向于生成管状PbNbS晶体;当温度低于750℃时，体系中的合成反应进行的不完全且实验产物的尺寸亦较小;而加热温度高于850℃时，会抑制管状产物的生成。同时，原料配比中硫粉量的改变对实验结果也有影响。实验结果显示，CVT法制备管状PbNbS的最适宜条件是850℃、6天。 3.分别对片状与管状的PbNbS晶体进行了XRD、XPS和Raman光谱测试，结果显示管状PbNbS晶体与片状物质在晶体结构和电子结构等方面都存在相异之处。初步讨论了不匹配层状化合物中管状晶体的形成机理，结合本文中Pb-Ti-S体系的实验数据，显示管状形貌的形成受MS层结构的影响。 4.首次采用金属基底诱导法成功制备了FeTaS六边形纳米片。本文中使用金属钽片为基底，反应温度为700℃，加热时间为8h。随即，本文对FeTaS六边形纳米片的形貌进行了细致观察。FeTaS六边形纳米片的边长约为350nm，片的厚度约为40nm。同时对FeTaS六边形纳米片也进行了XPS分析。总之，本文利用CVT法与金属基底诱导CVT法成功制备了多种形貌的双金属硫化物，对它们的合成条件、形成机理、晶体结构及电子结构等进行了讨论。同时，本文的研究工作也表明金属基底诱导CVT法可以将纳米材料的合成与制备一步完成，在纳米器件的合成领域有着极大的应用前景。

关键词：双金属硫化物 CVT法形貌不匹配层状硫化物金属基底诱导CVT

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文化符号在现代建筑设计中的应用研究

工业设计 2022年第2期 147-149页

作者：李海波郭家明广东石油化工学院广东茂名525000 澳门城市大学

在文化自信的背景下,如何解决当前建筑中面临的文化意义缺失是当下值得研究的问题。文章从文化符号的生产创造视角将其归纳为自然符号、人工符号两大类,并通过实例研究方法,对建筑设计中符号的应用思路进行分析。总结出现代建筑设计应... 详细信息

在文化自信的背景下,如何解决当前建筑中面临的文化意义缺失是当下值得研究的问题。文章从文化符号的生产创造视角将其归纳为自然符号、人工符号两大类,并通过实例研究方法,对建筑设计中符号的应用思路进行分析。总结出现代建筑设计应将文化符号与地域特色相融合,以实现符号象征与内涵的再现,从而创造出具有独特文化内涵的建筑空间设计思路。以期为解决建筑所面临的问题提供一种可能。

关键词：文化符号现代建筑设计应用

基于城市文脉的工业遗产价值保护研究——以茂名油母页岩露天矿坑为例

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城市建筑 2022年第10期19卷 45-48页

作者：李海波郭家明广东石油化工学院艺术与设计学院澳门城市大学创新设计学院中国澳门

在文化自信的背景下,传承城市文化、延续城市文脉是值得研究的重要课题。本研究从城市文脉入手,首先分析了《下塔吉尔宪章》中工业遗产的概念、内涵及分类;其次以茂名油母页岩露天矿为例,对其历史进程进行简要回顾,并从占地分布、遗产... 详细信息

在文化自信的背景下,传承城市文化、延续城市文脉是值得研究的重要课题。本研究从城市文脉入手,首先分析了《下塔吉尔宪章》中工业遗产的概念、内涵及分类;其次以茂名油母页岩露天矿为例,对其历史进程进行简要回顾,并从占地分布、遗产种类、空间纵深等角度对其属性特征进行分析;最后从历史、经济、社会、科技、艺术等角度对其价值进行综合研究。本研究挖掘该遗址遗产再利用的优势和劣势,探讨其后续再利用的策略,以便延续并发挥该工业遗产的价值功效,为打造具有茂名工业特色的城市文脉提供借鉴。

关键词：城市文脉矿坑工业遗产价值