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燃料化学学报（中英文） 2023年第4期51卷 562-570页

作者：力国民侯如愿毛璐涛王喆张克维梁丽萍太原科技大学、材料科学与工程学院山西太原030024 中国-白俄罗斯电磁环境效应“一带一路”联合实验室山西太原030032

本研究以煤气化残渣作为碳基载体,通过湿化学浸渍法和焙烧处理制得不同磁性组分负载的复合吸波材料。结果表明,在焙烧过程中,主要发生缓慢的碳热还原反应,磁性组分物相由Fe2O3、Fe_(3)O_(4)转变为Fe,同时碳热还原反应消耗掉一部分活性... 详细信息

本研究以煤气化残渣作为碳基载体,通过湿化学浸渍法和焙烧处理制得不同磁性组分负载的复合吸波材料。结果表明,在焙烧过程中,主要发生缓慢的碳热还原反应,磁性组分物相由Fe2O3、Fe_(3)O_(4)转变为Fe,同时碳热还原反应消耗掉一部分活性较高的碳,复合材料的石墨化程度变差。由于良好的阻抗匹配与衰减特性,复合材料FeCGR1000体现出更佳的吸波性能,当涂层厚度为2.0 mm时,最低反射损耗值为−25.3 dB,在涂层厚度为1.5 mm时,有效带宽达到4.0 GHz。本研究的开展不仅实现了煤气化残渣资源化利用,而且为煤气化残渣的高附加值应用提供新思路。

关键词：煤气化残渣复合微波吸收材料资源化利用

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基于硫酸酸化的不同调理方式对污泥脱水性能改善的研究

基于硫酸酸化的不同调理方式对污泥脱水性能改善的研究

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作者：张鹏源南京大学

学位级别：硕士

城市污水处理厂在处理城市生活污水及工业废水时会产生大量的剩余污泥(简称污泥),这些剩余污泥不加以妥善处理处置直接排放会威胁生态环境及人类健康。污泥的处理处置以减量化,无害化,资源化为原则。其中污泥的减量化是污泥处理处置的... 详细信息

城市污水处理厂在处理城市生活污水及工业废水时会产生大量的剩余污泥(简称污泥),这些剩余污泥不加以妥善处理处置直接排放会威胁生态环境及人类健康。污泥的处理处置以减量化,无害化,资源化为原则。其中污泥的减量化是污泥处理处置的关键步骤,也是实现后续污泥的处理处置的前提。由于污泥中含有大量的水分,因此实现污泥减量化的关键在于污泥的脱水处理。污泥在机械脱水前,需要投加不同的调理剂以此来改善污泥的脱水性能。寻求一种高效且成本低廉的处理方法是一直是污泥调理技术的研究热点。而且由于污泥本身含有大量的可回收利用资源,因此在对污泥进行调理时,应根据污泥本身具体的性质,合理选择调理技术。本研究以硫酸调理污泥为基础,并根据实验用污泥的含铁量高的特点,研究了单独使用硫酸,硫酸与煤气化残渣联用,硫酸与双氧水联用这三种调理方式对污泥脱水性能的影响。(1)单独使用硫酸对污泥进行调理能够改善污泥的脱水性能,当硫酸投加量为1.5 mL、搅拌时间5 min时,污泥比阻值为4.57×1012 m/kg,泥饼含水率降低为73.79%,污泥减量化效果明显。(2)实验使用煤气化残渣这一固体废弃物作为一种新的调理剂,并和硫酸联合使用,研究其对污泥脱水性能的影响。使用硫酸和煤气化残渣对污泥进行调理后,污泥比阻和泥饼含水率进一步降低,污泥的脱水性能得到进一步的改善。研究表明,经过1.5 mL硫酸溶液和1.0 g/g DS煤气化残渣进行调理后,污泥比阻值降低至2.17 ×1012 m/kg,泥饼含水率降低至53.27%。(3)通过对污泥的元素成分进行分析得知污泥中含有相当质量的含铁物质,根据污泥这一性质,通过使用硫酸溶液1.5 mL,酸化搅拌30 min后污泥液相中亚铁离子含量达到最大值,通过投加双氧水实现对污泥Fenton/类Fenton调理,污泥脱水性能的到显著提高,实验结果表明,投加1.0 mL双氧水,反应时间2 min,污泥比阻值降低至0.4×1012 m/kg,污泥含水率为67.12%。

关键词：污泥脱水硫酸酸化煤气化残渣助滤 Fenton/类Fenton

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C/SiC/FexSiy复合材料的制备及吸波性能与热稳定性研究

C/SiC/FexSiy复合材料的制备及吸波性能与热稳定性研究

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作者：张金鹏太原科技大学

学位级别：硕士

电磁辐射污染是不可忽视的环境问题,开发低成本、高效电磁波吸收材料是解决该问题的有效途径。另一方面,粉煤灰（FA）与煤气化残渣（CGR）的资源化利用一直是环境保护和可持续发展领域的难题。基于上述,本论文以FA与CGR为原料,采用固相... 详细信息

电磁辐射污染是不可忽视的环境问题,开发低成本、高效电磁波吸收材料是解决该问题的有效途径。另一方面,粉煤灰（FA）与煤气化残渣（CGR）的资源化利用一直是环境保护和可持续发展领域的难题。基于上述,本论文以FA与CGR为原料,采用固相合成方法制备C/SiC/FexSiy复合微波吸收材料,并以吸波性能为指标对工艺参数进行优化。主要研究内容与结论如下:（1）依据热力学计算结果,将FA与CGR的固相反应温度确定为1500℃。针对富硅与富碳体系（FA与CGR质量比分别为5:1与1:1）,在1～5 h范围内优化固相反应时间。结果表明,随反应时间延长,体系中SiC的含量增加,其晶化程度提高;碳的石墨化程度提高;同时Mullite相向Al2O3与Si O2转变。富硅体系反应3 h获得的复合物电磁波吸收性能表现最优,在涂层厚度为5.5 mm时,最低反射损耗值(RLmin)为-20.1 d B。富碳体系的最佳反应时间为2 h,RLmin值可达到-31.6 d B,在厚度仅为2 mm时取得,有效吸收带宽（EAB）为3.1 GHz。适宜的介电性能与阻抗匹配是复合材料良好吸波性能的来源。（2）以微波吸收性能为评价指标,对原料配比进行了优化。反应温度为1500℃,反应时间分别采用2 h与3 h。结果表明,当固相反应条件确定时,原料配比会对产物的微波吸收性能产生显著的影响,即随着初始体系中FA含量的增多,微波吸收性能呈下降趋势。当反应时间为3 h时,源于FA与CGR质量比为2:1的样品显示了出色的微波吸收性能,在厚度为1.6 mm条件下,RLmin可达到-39.8 d B,EAB为4.3 GHz。对于反应时间为2 h的样品,较短的反应时间使碳石墨化程度不高以及SiC的产量较低,导致介电性能较弱,均显示了较差的微波吸收性能。（3）鉴于磁/介电复合材料的波阻抗可以通过调节组成进行方便调控,因而向FA与CCR反应体系中引入Fe（NO3）3·9H2O,以调节磁性组分含量。考虑到SiC与Fe的生成会消耗大量碳,故选择富碳体系（FA与CGR质量比为1:1的体系）进行研究。首先采用助熔法制备C/SiC/FexSiy复合材料,随后在空气气氛、750℃下反应2 h进行脱碳,得到FexSiy/SiC陶瓷基复合材料。组成与微观结构分析显示,脱碳处理前样品的主要物相包括C、SiC、FexSiy与Mullite-Al2O3;脱碳处理后为SiC、FexSiy、Si O2、Fe2O3与Mullite-Al2O3。微波吸收性能分析显示,在Fe3+占原料混合物质量为5%（样品5wt%Fe FACGR）时,C/SiC/FexSiy复合材料的常温吸波性能优异,其RLmin为-44.2 d B,EAB最大值为4.3 GHz。样品5wt%Fe FACGR在脱碳处理后,其RLmin=-24 d B,表明复合材料仍具有良好吸波性能。此外,FexSiy/SiC陶瓷基复合材料在1000℃以下,显示了良好的的抗氧化性能。

关键词：粉煤灰煤气化残渣 SiC 热稳定性复合吸波材料

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利用煤加氢气化残渣构建Fe3O4、Fe负载的复合微波吸收材料

利用煤加氢气化残渣构建Fe3O4、Fe负载的复合微波吸收材料

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作者：毛璐涛太原科技大学

学位级别：硕士

随着5G时代的来临,电磁辐射污染问题也变得愈发严重。一系列微波吸收材料被开发出来治理这一问题,特别的,磁性碳基复合吸波材料因吸收强度高,吸收频带宽,物理化学性能稳定而被广泛的研究,然而,高昂的碳基成本,复杂的工艺流程以及难以规... 详细信息

随着5G时代的来临,电磁辐射污染问题也变得愈发严重。一系列微波吸收材料被开发出来治理这一问题,特别的,磁性碳基复合吸波材料因吸收强度高,吸收频带宽,物理化学性能稳定而被广泛的研究,然而,高昂的碳基成本,复杂的工艺流程以及难以规模化生产限制了碳基复合材料在微波吸收领域的工业化发展。另一方面,鉴于我国富煤,贫油,少气的能源构造特征,使得近年来煤气化技术在我国取得了快速发展,但同时产生了新型的固体废弃物—煤气化残渣。基于此,本论文以煤加氢气化残渣为基体,采用简单的液相浸渍法和原位碳热还原法制备了一系列负载磁性组分的碳基复合吸波材料,结果表明:制备的复合材料具有较好的微波吸收性能,这项工作不仅有望推动磁性碳基复合材料在微波吸收领域的工业化发展,而且为煤气化残渣的资源化利用提供了有效途径。具体工作如下:(1)以煤加氢气化残渣(SC)为碳源,硝酸铁溶液为磁性粒子的来源,通过简单的液相浸渍将硝酸铁盐溶液引入到煤加氢气化残渣基体上,随后在氩气气氛下经不同温度的焙烧处理得到负载不同磁性组分的复合吸波材料FeO/SC及Fe/SC。利用基体本身的碳作为反应体系的还原剂,磁性粒子FeO和Fe原位复合在基体SC表面上,并且整个过程不需要引入其他还原性气体,因此更加安全和低成本化。结果表明:制备的复合吸波材料均有一定的石墨化碳存在,负载磁性金属Fe颗粒使得材料的吸波性能有了明显的提升,调节涂层厚度可以改变反射损耗峰的位置和相应反射损耗值(RL)。特别地,涂层厚度仅为2.5 mm时,Fe SC800的最小RL值在9.0 GHz时可以达到-39.3 d B,对应的频带宽度约为2.5 GHz。优异的微波吸收性能归因于Fe SC800良好的阻抗匹配、电导损耗以及多重界面极化。(2)对FeO/SC及Fe/SC的磁性负载量进行了优化,从而调控了它们的吸波性能。特别地,样品30wt%Fe SC500在涂层厚度为5.5 mm时出现了双峰吸收。最低反射损耗值(RL)分别在5.6,17.9 GHz达-18.1,-17.8 d B,有效吸收带宽可达3.3 GHz。样品15wt%Fe SC800在涂层厚度仅为1.5 mm时,相应的有效吸收带宽可达4.5 GHz。通过增量函数法计算的|Δ|值表明改变磁性组分的负载量可以调控复合材料的阻抗匹配,从而影响它们的微波吸收性能。(3)对煤加氢气化残渣基体进行高温扩孔处理,随后通过简单的湿化学法和中等温度焙烧制备了孔隙度更为丰富的碳基吸波材料FeO/PSC、Fe/PSC。由于高温扩孔后基体PSC丢失掉了一部分活性较高的碳,复合材料的石墨化程度变差,微波吸收性能与未经扩孔的处理相比并未有所提升,样品Fe PSC1000的RL可达-25.3 d B,有效吸收带宽为3.8 GHz。但扩孔后的复合材料表现出了较低的堆积密度(0.159 g/cm),经高温扩孔后的煤加氢气化残渣作为吸波材料的载体更为轻质化,应用前景更为广泛。

关键词：微波吸收材料煤气化残渣复合材料阻抗匹配

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