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双孔结构非饱和红黏土土水特征曲线模型

岩土工程学报 2022年第S1期44卷 1-5页

作者：蔡国庆韩博文王亚南江天谢琳张策北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京交通大学土木建筑工程学院河南省交通运输厅

为了真实反映土体内部双孔结构和变形对土持水特性的共同影响，推导建立了考虑变形的双孔结构非饱和土土水特征曲线模型。模型提出以双孔土水特征曲线中的“相接点”作为“双孔”结构非饱和土大小孔隙尺度分界点，并针对不同区间的土水... 详细信息

为了真实反映土体内部双孔结构和变形对土持水特性的共同影响，推导建立了考虑变形的双孔结构非饱和土土水特征曲线模型。模型提出以双孔土水特征曲线中的“相接点”作为“双孔”结构非饱和土大小孔隙尺度分界点，并针对不同区间的土水特征曲线分别建立方程。在各分段方程中引入体变参数用来反映不同初始孔隙比下SWCC的变形。采用桂林红黏土压实样，在全吸力范围内开展了土水特征曲线试验，在各级吸力平衡后对土样进行压汞试验，对所建立模型进行验证。结果表明，所建立考虑双孔结构非饱和土土水特征曲线模型对红黏土干化与湿化过程均具有良好的适用性和良好的预测效果，可以反映不同初始孔隙比和不同结构土样在相同水力路径下的水力行为。

关键词：非饱和土土水特征曲线双孔结构体变相接点

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双孔结构非饱和压实土微观结构演化模型

岩土力学 2020年第11期41卷 3583-3590页

作者：蔡国庆吴天驰王亚南刘祎李舰赵成刚北京交通大学城市地下工程教育部重点实验室北京100044 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

在最优含水率干侧压实的黏土一般具有明显的双孔结构,其集聚体间孔隙(又称宏观孔隙)和集聚体内孔隙(又称微观孔隙)对土体宏观水力和力学特性影响差异显著,同时,水-力耦合作用下两种孔隙的演化规律也存在明显不同。双孔结构非饱和土对应... 详细信息

在最优含水率干侧压实的黏土一般具有明显的双孔结构,其集聚体间孔隙(又称宏观孔隙)和集聚体内孔隙(又称微观孔隙)对土体宏观水力和力学特性影响差异显著,同时,水-力耦合作用下两种孔隙的演化规律也存在明显不同。双孔结构非饱和土对应的孔径分布函数为双峰孔径分布形式,该分布函数可通过叠加宏观孔隙和微观孔隙的单峰孔径分布曲线得到,并通过平移量、缩放量和分散度3个演化参数对双孔结构土的孔隙演化规律进行描述。通过构建在力学及水力加、卸载过程中演化参数与孔隙比之间的关系,提出了适用于描述变吸力下非饱和压实土的微观结构演化模型。分别基于所开展的桂林红黏土压汞试验数据和文献中的米尼亚卢博瓦膨胀土试验数据,对所建立的微观结构演化模型进行参数标定,并通过模型预测结果与试验结果的对比,验证了所建立模型的适用性。

关键词：非饱和土双孔结构双峰孔径分布函数孔径演化

CeO2改性镍基双孔结构催化剂制备及其甲烷干重整催化性能研究

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CeO2改性镍基双孔结构催化剂制备及其甲烷干重整催化性能研究

作者：王毅婕宁夏大学

学位级别：硕士

甲烷干重整反应(DRM)以甲烷与二氧化碳两种温室效应气体为原料将其转化为H2/CO比接近于1的合成气,是CH4与CO2转化利用的有效手段。DRM反应中镍基催化剂由于其较高的初始催化活性以及较低的价格被认为是最适合商业化的催化剂,但Ni基催化... 详细信息

甲烷干重整反应(DRM)以甲烷与二氧化碳两种温室效应气体为原料将其转化为H2/CO比接近于1的合成气,是CH4与CO2转化利用的有效手段。DRM反应中镍基催化剂由于其较高的初始催化活性以及较低的价格被认为是最适合商业化的催化剂,但Ni基催化剂极易在反应过程中产生积碳和烧结引起催化剂快速失活,从而限制了其发展。为解决上述问题,本文采用蒸发诱导自组装策略(EISA)通过“一步法”制备了氧空位诱导型助剂CeO2修饰的介孔和介-大双孔结构镍基催化剂,并在此基础上引入具有高热稳定性的助剂ZrO2以此修饰稳定催化剂的双孔结构,考察了镍基催化剂的双孔结构与不同类型助剂的双重作用对于催化DRM反应的影响。论文具体研究内容如下:(1)制备不同CeO2含量的镍基介孔与介-大双孔结构催化剂。结果表明适量CeO2的掺入提高了催化剂的催化活性和抗积碳性能。当氧化铈含量为n(Ce)/n(Ni)=0.2时催化剂NiCe0.2-MA催化效果最佳。700℃反应50 h后CH4和CO2转化率分别为78.7%和86.8%,产物H2/CO 比为0.92,积碳量为4.9%。适量CeO2掺入介孔结构镍基催化剂后,由于氧化铈的优异氧化还原能力以及氧空位的存在提高了催化剂的表面活性氧的迁移,促进了催化剂的还原,加速了积碳的消除,这有效提高了催化剂的活性及抗积碳性能。而介-大双孔镍基催化剂掺入相同含量氧化铈n(Ce)/n(Ni)=0.2时,催化剂NiCe0.2-MMA的孔结构受到破坏介孔结构有序度变低,但催化剂因双孔结构的存在提高了催化剂的传质效率、增加了容碳量,使得催化剂抗积碳能力显著提升,反应50 h后的积碳量仅为2.7%。(2)制备不同含量ZrO2修饰的镍基介-大双孔结构催化剂,发现适量ZrO2修饰后的双孔结构镍基催化剂的结构稳定性得到加强,规则有序的孔道结构得到良好保持,提高了镍物种的分散度,降低了反应过程中镍颗粒的烧结现象。50 h活性评价过程中双孔结构催化剂NCZ3-MMA保持结构完整性,具备良好的传质及容碳能力,抗积碳性能得到加强,催化活性及稳定性较未经氧化锆改性的催化剂有所提高。反应50 h后CH4和CO2的转化率分别在75.3%与84.2%,积碳量为2.4%。

关键词：甲烷干重整双孔结构镍基催化剂 CeO2 ZrO2 积碳

双孔结构非饱和压实黏土的渗流-变形耦合微观机理

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水利学报 2015年第S1期46卷 135-141页

作者：蔡国庆尤金宝赵成刚盛岱超北京交通大学土木建筑工程学院岩土工程系北京100044 城市地下工程教育部重点实验室北京100044 澳大利亚纽卡斯尔大学岩土科学与工程研究中心中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075

土体中的渗流-变形耦合问题是岩土工程中极为常见但却易被忽视的问题之一,尤其是对于拥有双孔结构的非饱和压实黏土,渗流-变形耦合过程较为复杂,从微观机理上对耦合全过程进行分析,有助于深入理解土体在渗流-变形耦合作用下的内在机制,... 详细信息

土体中的渗流-变形耦合问题是岩土工程中极为常见但却易被忽视的问题之一,尤其是对于拥有双孔结构的非饱和压实黏土,渗流-变形耦合过程较为复杂,从微观机理上对耦合全过程进行分析,有助于深入理解土体在渗流-变形耦合作用下的内在机制,为建立理论模型及开展进一步的试验研究奠定基础。基于已有的试验研究成果,并结合相关本构模型的建立及预测,以双孔结构土在常应力条件下的干燥过程为例,揭示了双孔结构非饱和压实黏土在不同阶段的渗流-变形耦合规律,以及耦合全过程的微观机理;对初始干密度对非饱和土渗流-变形耦合特性的影响进行对比分析。研究表明:渗流-变形耦合作用在大孔隙渗流阶段表现较为显著,而在小孔隙渗流阶段则不够明显;初始干密度对渗流-耦合作用的影响仅在大孔隙渗流阶段起作用。

关键词：非饱和土双孔结构渗流-变形耦合微观机理

工业合成双孔结构Y型分子筛复合材料的物化性能及裂化性能研究

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石油炼制与化工 2013年第4期44卷 59-63页

作者：韦国有周继红陈振宇高永灿中国石化催化剂长岭分公司湖南岳阳410012 催化材料与反应工程国家重点实验室中国石化石油化工科学研究院

采用XRD,BET,SEM等手段分析了工业合成的双孔结构Y型分子筛复合材料(NSY)的物化性能及形貌特点,以1,3,5三异丙基苯为探针分子,采用组合式脉冲微反评价方法评价了NSY的裂化性能,并在小型提升管试验装置上评价了以NSY为活性组元制备的催化... 详细信息

采用XRD,BET,SEM等手段分析了工业合成的双孔结构Y型分子筛复合材料(NSY)的物化性能及形貌特点,以1,3,5三异丙基苯为探针分子,采用组合式脉冲微反评价方法评价了NSY的裂化性能,并在小型提升管试验装置上评价了以NSY为活性组元制备的催化剂NSC对工业原料油的裂化性能。结果表明:NSY具有较多的外表面活性位和较强的抗积炭能力,以及良好的水热稳定性和水热结晶保留度;以NSY为活性组元制备的催化剂NSC表现出优异的重油转化能力和焦炭选择性,具有良好的工业应用前景。

关键词：双孔结构 Y型分子筛合成催化裂化裂化性能

双孔块状SiO_2载体材料的孔结构及其酶活性的研究

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无机化学学报 2007年第1期23卷 164-168页

作者：杨洪斌陈奇宋鹂陆剑英李会平华东理工大学材料科学与工程学院上海200237

SiO2 monoliths with double-pore structure were synthesized with tetraethyl orthosilicate, polyethylene glycol, starch, ethanol and ammonia as the main raw materials via a sol-gel route. The effect of different content of starch of the samples was studied on the mesopore structure, macropore appearance, hydrothermal stability and enzyme activity to immobilize gluczyme. The results indicate that porous blocks with mesopores of 10~12 nm and macropores of 10~30 μm can be formed by the removal of polyethylene glycol and starch after heating at 600 ℃. The minimal density of the obtained samples was 0.34 g·cm-3 and the maximal porosity was 76%. After being immersed in water at 80 ℃ for 7 d, the density, porosity and shape of N2 adsorption-desorption curves of the samples were almost unchanged, showing that the sample has a good hydrothermal stability. The initial enzyme activity of sample P2KD30 was 11 190 U, and definite enzyme activity could be maintained after five cycles.

关键词：双孔结构多孔块体溶胶-凝胶法酶载体酶活性

双孔结构Ni基催化剂的制备及其对甲烷二氧化碳重整反应催化性能的研究

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双孔结构Ni基催化剂的制备及其对甲烷二氧化碳重整反应催化性能的...

作者：韩昀杏宁夏大学

学位级别：硕士

甲烷二氧化碳重整反应不仅可以合理利用甲烷,而且将二氧化碳转化为有用的化学品,有效的解决能源危机和缓解温室效应。目前,此反应不能实现工业化的原因是催化剂的严重积碳。针对传统单孔结构催化剂应用于甲烷二氧化碳重整反应的不足,设... 详细信息

甲烷二氧化碳重整反应不仅可以合理利用甲烷,而且将二氧化碳转化为有用的化学品,有效的解决能源危机和缓解温室效应。目前,此反应不能实现工业化的原因是催化剂的严重积碳。针对传统单孔结构催化剂应用于甲烷二氧化碳重整反应的不足,设计了一种具有双孔结构的催化剂,研究其催化活性和抗积碳性能,接着研究了制备方法、镍负载量、Zr添加量等对催化剂催化性能和抗积碳性能的影响。论文主要包含以下几个方面:浸渍法制备单、双孔结构催化剂进行比较,结果表明:1.双孔结构催化剂具有良好的催化活性,100 h反应后CH4、CO2转化率达到了 69.7%、81.2%;2.双孔结构催化剂同样具有良好的抗积碳性能,100 h反应后的积碳量为5.8%。这归因于催化剂特殊的孔道结构,其介孔孔道有利于Ni颗粒的分散,大孔孔道有利于分子快速运输,从而提高了催化剂的催化活性和抗积碳性能。浸渍法制备的催化剂金属-载体相互作用力较弱,高温下反应容易导致Ni颗粒的团聚,从而造成积碳,因此通过改变制备方法进一步改善。将浸渍法和一步法制备的双孔结构催化剂进行比较,结果表明:1.一步法制备的催化剂比表面积大、Ni粒径小、Ni分散度高、金属与载体之间的相互作用力强,还原峰温度较高,因此催化剂的催化活性好,100 h反应后CH4、CO2转化率分别为71.4%、81.2%;2.催化剂的抗积碳性能也强,反应后积碳量仅为2.8%。这归因于催化剂的Ni颗粒负载在载体骨架上,因此有较强的金属-载体相互作用力,抑制了 Ni颗粒的团聚,从而减少积碳的产生。采用一步法制备了一系列Ni含量不同的双孔结构催化剂。结果表明:1.随着Ni含量的增加,催化剂的比表面积和孔容逐渐增大,金属与载体之间的相互作用逐渐增强,因此催化剂的催化活性也在不断增大;2.催化剂的积碳量及石墨化程度同样在不断增大,因此催化剂的抗积碳性能逐渐降低,综合以上数据负载量为6wt.%的催化剂同时具有良好的催化活性及抗积碳性能。氧化铝表面存在大量的Lewis酸,使得催化剂易积碳,通过添加助剂Zr有效的调节催化剂表面的酸碱性,增加催化剂对CO2的吸附量,同时少量Zr的添加可以提高介孔结构的稳定性,从而进一步提高催化剂的催化活性和抗积碳性能。实验结果表明:1.Zr/A1=0.03的催化剂具有强的催化活性和抗积碳性能,100 h反应后CH4、CO2转化率分别达到了 76.7%、85.5%,与初始活性相比下降不到1%;2.反应后产生的积碳也极少,积碳量小于1%。因此少量Zr的添加会进一步的优化催化剂的催化性能和抗积碳性能。

关键词：甲烷二氧化碳重整积碳 Ni基双孔结构

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双孔结构非饱和土水-力耦合本构模型研究

双孔结构非饱和土水-力耦合本构模型研究

作者：吴天驰北京交通大学

学位级别：硕士

非饱和土的力学及水力性质在一定程度上是其微观结构特征的宏观体现。对于双孔结构非饱和土,包括工程应用和实验室经常接触的压实黏土和部分的膨胀土,其内部结构包含集聚体间孔隙与集聚体内孔隙两种典型孔隙(又分别称为宏观孔隙和微观孔... 详细信息

非饱和土的力学及水力性质在一定程度上是其微观结构特征的宏观体现。对于双孔结构非饱和土,包括工程应用和实验室经常接触的压实黏土和部分的膨胀土,其内部结构包含集聚体间孔隙与集聚体内孔隙两种典型孔隙(又分别称为宏观孔隙和微观孔隙),且该结构特征对其力学与水力性质有着重要的影响。针对双孔结构非饱和土微观特征,深入研究其微观结构对力学、水力性质的影响和三维应力状态下的水-力耦合本构关系,并取得了以下成果:(1)总结了土的结构的定义、分类、特征与测试方法,着重阐述了单孔结构土和双孔结构土在微观结构方面的区别;梳理了受微观结构影响的土的力学及水力性质,包括抗剪强度、膨胀性、湿陷性、灵敏度和土-水特征曲线,其中重点研究了双孔结构土土-水特征曲线的特征及其与双孔结构的联系;分析了受微观结构影响的参数和变量,并给出各参数和变量的特征及应用范围;综述了非饱和土水-力耦合特性和相应的本构模型研究现状。(2)选择有效饱和度作为反映双孔结构对力学及水力性质影响的指标,将该指标引入Bishop有效应力公式,建立了能反映双孔结构非饱和土微观特征的Bishop有效应力公式;以非饱和土水-力全耦合本构模型(GCM)和修正剑桥模型为基本框架,选取广义应力、应变张量,结合相关联流动法则、硬化法则和一致性条件推导并建立三维应力状态下的双孔结构非饱和土水-力耦合本构模型;(3)通过MATLAB编程实现模型的预测功能,分析了所建立本构模型在不同应力路径下的模型响应,阐述了分别采用有效饱和度和饱和度的模型在同一应力路径下预测的广义应力-应变特性的异同,并利用所建模型研究了模型参数对模型预测能力的影响。研究结果表明,所建的采用有效饱和度的本构模型预测的水力及力学性质同采用饱和度的模型有明显区别,两者的有效应力路径、体积变形趋势和饱和度变化曲线存在显著差异。残余饱和度、耦合参数、饱和土的正常固结线斜率、主干/湿曲线斜率和扫描线斜率等参数,能使得同一应力路径激活不同的屈服机制并表现出不同的应力、应变状态。(4)选取具有双孔结构的Speswhite高岭土、Josigny粉土、珍珠土、枣阳膨胀土和南阳膨胀土,基于上述类型土样的等向压缩、三轴剪切和干湿循环试验数据,开展所建立本构模型的试验对比验证。研究结果表明,尽管本文建立的双孔结构非饱和土本构模型会高估剪切时达到临界状态所需的轴向应变,但总体上能够准确地预测各土样在不同应力路径下的广义应力-应变特性,且模拟效果远优于仅考虑饱和度的水-力耦合本构模型,证明了所建模型的预测能力及适用性。

关键词：非饱和土双孔结构本构模型三轴剪切干湿循环

双孔结构非饱和压实黏土的渗流-变形耦合微观机理

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双孔结构非饱和压实黏土的渗流-变形耦合微观机理