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钙铁助剂对粉煤灰熔融性和结晶行为的影响机理

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燃料化学学报（中英文） 2024年第1期52卷 1-8页

作者：王冀郭航昊路广军渠永平马志斌中北大学化学与化工学院山西太原030051 山西大学资源与环境工程研究所国家环境保护煤炭废弃物资源化高效利用技术重点实验室山西太原030006 中北大学材料科学与工程学院山西太原030051

利用粉煤灰制备高强度无机纤维是实现其高值化利用的重要路径,由于粉煤灰硅铝含量较高,可通过添加钙铁助剂降低均质化过程中原料熔融温度,避免降温拉丝过程中结晶行为。本工作研究了空气气氛下不同含量及比例钙铁助剂对煤灰熔融性及结... 详细信息

利用粉煤灰制备高强度无机纤维是实现其高值化利用的重要路径,由于粉煤灰硅铝含量较高,可通过添加钙铁助剂降低均质化过程中原料熔融温度,避免降温拉丝过程中结晶行为。本工作研究了空气气氛下不同含量及比例钙铁助剂对煤灰熔融性及结晶行为的影响机理。结果表明,空气气氛下氧化钙(CaO)与氧化铁(Fe_(2)O_(3))不存在协同助熔效果,CaO的助熔效果优于Fe_(2)O_(3)。高温下Fe_(2)O_(3)未与硅铝组分生成低熔点矿物,而添加CaO有利于将难熔的莫来石转化为钙长石,使得粉煤灰熔点大幅度降低;然而,当CaO添加量超过30%时,生成了大量的钙黄长石,使得粉煤灰熔点迅速升高。降温过程中,铁元素以赤铁矿形式析出,析晶温度相对较低;而钙元素以钙长石形式析出,析晶温度相对较高,不利于无机纤维制备过程中纺丝操作。当CaO含量为32.46%时,粉煤灰熔点最低,且降温过程中无晶体析出,因此,在粉煤灰基无机纤维制备过程中应选择钙基助剂调控熔融性和结晶行为。

关键词：粉煤灰无机纤维钙铁助剂熔融性结晶行为

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基于亚稳态液膜空化的长程疏水力作用机制

物理学报 2024年第3期73卷 225-235页

作者：包西程邢耀文张凡凡张德轲刘秦杉杨海昌桂夏辉中国矿业大学炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室徐州221116 中国矿业大学化工学院徐州221116 中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心徐州221116 郑州大学关键金属河南实验室郑州450000

疏水力作为胶体物理化学及生物大分子体系中重要作用力,具有典型的多尺度作用程特征,其中亚稳态液膜空化气泡桥接诱发长程疏水力和固液界面水分子重排熵效应诱导短程疏水力假说占据着当前学术主流,但仍缺少系统理论研究.为进一步阐明基... 详细信息

疏水力作为胶体物理化学及生物大分子体系中重要作用力,具有典型的多尺度作用程特征,其中亚稳态液膜空化气泡桥接诱发长程疏水力和固液界面水分子重排熵效应诱导短程疏水力假说占据着当前学术主流,但仍缺少系统理论研究.为进一步阐明基于亚稳态液膜空化的长程疏水力作用机制,借助原子力显微镜(AFM)及分子动力学模拟对全氟辛基三氯硅烷疏水化颗粒与表面间长程疏水力进行了系统研究.AFM力测试结果表明:长程疏水力作用程随接近次数增加而逐渐增大并逐渐趋于稳定,第十次接触时进针曲线跳入黏附距离达到502.01 nm,退针曲线中观察到了预示空化气泡毛细桥断裂的台阶.此外,发现经典毛细力数学模型可以较好地拟合进针曲线,通过计算得到毛细桥体积约为0.30μm^(3),从理论角度直接验证了亚稳态液膜空化气泡毛细桥的存在.进一步借助GROM ACS(GROningen M A chine for Chemical Simulations)大尺度牵引分子动力学模拟从分子尺度探索疏水颗粒分离过程中空化气泡毛细桥产生、演化过程与力学行为的内在关联机制,结果表明:疏水颗粒从基板表面跳出分离瞬间,产生的局部压降吸引氮气分子向液膜内部扩散从而形成空化气泡毛细桥,同时,在毛细桥断裂时刻在计算弹簧势力曲线中观察到了力跳跃行为.最后研究了溶液气体含量对长程疏水力的影响规律,发现气体分子含量和空化气泡毛细桥体积增长速率与毛细桥拉伸断裂长度呈现正相关关系,进一步表明了长程疏水力的气体浓度依赖效应.基于亚稳态液膜空化的长程疏水力作用机制的揭示有助于进一步完善胶体物理化学及生物大分子间相互作用理论体系,同时对调控实际矿物浮选过程具有重要指导意义.

关键词：长程疏水力原子力显微镜空化毛细力分子动力学模拟

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好氧堆肥污泥农用后溶解性有机质释放特征

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1011-1017页

作者：时聪慧张瑞昌朱书法李欣彤周新全张宁荣亮杨丽珍魏学锋河南科技大学化学化工学院河南洛阳471023 有色金属新材料与先进加工技术省部共建协同创新中心河南洛阳471023 中国五洲工程设计集团有限公司北京100053

研究污泥农用后溶解有机质(DOM)的释放特征,有助于评价和预测土壤中共存污染物的环境行为和效应。以河南省洛阳市某污泥处理厂好氧堆肥后的市政污泥作为样本,利用扫描电子显微镜(SEM)、总有机碳分析仪、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、凝... 详细信息

研究污泥农用后溶解有机质(DOM)的释放特征,有助于评价和预测土壤中共存污染物的环境行为和效应。以河南省洛阳市某污泥处理厂好氧堆肥后的市政污泥作为样本,利用扫描电子显微镜(SEM)、总有机碳分析仪、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、凝胶渗透色谱(GPC)、三维荧光光谱(3D-EEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振波谱(NMR)等表征技术,研究污泥农用后释放DOM的浓度、分子量、组成和结构等性质的演变特征。结果表明,污泥还田60 d内,释放的DOM微观形貌上存在较大变化,由致密块状物变为不规则松散物质;污泥农用后释放溶解性有机碳(DOC)量在4.25~6.22 mg·g^(-1)污泥范围,呈现先上升后稳步下降的趋势;释放过程中,污泥DOM的分子量和芳香性等性质也存在显著的变化:污泥DOM重均分子量由0.5 d时2674 g·mol^(-1)的逐渐升高为60 d的129026 g·mol^(-1);污泥还田后释放的DOM分子中芳香性物质逐渐积累;3D-EEM结合平行因子分析(PARAFAC)模型分析污泥释放DOM中的荧光物质,发现DOM中荧光物质主要为类富里酸和类腐殖质,释放过程中,类腐殖质逐渐积累,DOM整体上呈现腐殖化趋势;FTIR图谱表征污泥DOM脂肪族烷烃类物质的减少和芳香烃物质生成。污泥还田后释放DOM数量和性质变化,显著改变土壤中共存污染物环境行为和生态效应。该研究可为评估和预测污泥农用后产生的环境影响提供理论依据,也对市政污泥的资源化利用具有一定指导意义。

关键词：污泥农用溶解性有机质释放特征分子量芳香性

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磷尾矿综合利用现状及研究进展

无机盐工业 2024年第10期56卷 1-11页

作者：王保明王兴龙杨英赵波化全县刘咏刘鹏飞申博丁俊祥汤建伟郑州大学生态与环境学院河南郑州450001 国家钙镁磷复合肥技术研究推广中心河南郑州450001 河南省减污降碳协同工程技术研究中心河南郑州450001 郑州大学化工学院河南郑州450001

中国磷矿资源丰富,但多为中低品位磷矿,需要选矿才能用于化工生产。磷尾矿是磷矿石经选矿产生的磷含量较低的固体废弃物,可以看作中低品位磷尾矿,主要由氧化钙、氧化镁、五氧化二磷、二氧化硅组成,有极大的综合利用潜力。针对磷尾矿的... 详细信息

中国磷矿资源丰富,但多为中低品位磷矿,需要选矿才能用于化工生产。磷尾矿是磷矿石经选矿产生的磷含量较低的固体废弃物,可以看作中低品位磷尾矿,主要由氧化钙、氧化镁、五氧化二磷、二氧化硅组成,有极大的综合利用潜力。针对磷尾矿的结构、组成成分、物理化学性质综述了磷尾矿综合利用现状及研究进展,详细阐述了磷尾矿在矿区填充、浸取钙镁等有价元素、再选回收磷元素,以及农业、建筑、环保等方面的应用。分析了磷尾矿综合利用过程中面临的问题并对其发展前景进行展望。指出开发新型环保高效的磷尾矿综合利用工艺是磷尾矿利用的发展方向,是磷化工企业和社会的共同需要,符合资源绿色高效利用和可持续发展的基本国策。

关键词：磷尾矿综合利用绿色环保

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水力空化法剥离煤制备荧光碳点的性质

化工进展 2024年第7期43卷 3972-3979页

作者：李雪华雷国暄李缘王丽廖寅飞李小兵赵辉中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心江苏徐州221000 中国矿业大学化工学院江苏徐州221000 开封大学材料与化学工程学院河南开封475001

以煤为原料制备碳纳米材料,对煤炭的清洁化和资源化利用具有重要意义。纳米碳点以其优异的性能,在许多领域显示出巨大的应用前景。目前,制备煤基碳点的化学和物理方法存在着使用药剂和设备昂贵、难以规模化生产等不足,因此亟需开发一种... 详细信息

以煤为原料制备碳纳米材料,对煤炭的清洁化和资源化利用具有重要意义。纳米碳点以其优异的性能,在许多领域显示出巨大的应用前景。目前,制备煤基碳点的化学和物理方法存在着使用药剂和设备昂贵、难以规模化生产等不足,因此亟需开发一种绿色环保、可规模化的制备方法。以无烟煤为原料,本文首次采用水力空化的方法剥离出碳点。该碳点呈类球形颗粒,平均粒径为2.1nm,具有石墨类晶格结构;主要由C、O元素组成,表面附着丰富的含氧基团,水溶液中分散性良好。由于该碳点特有的核壳结构,展现出独特的荧光性能。在360nm光照射下,显示出蓝色和黄色两个荧光峰;当用小于此波长光激发时,蓝色荧光峰占主导地位,而大于此波长时,黄色荧光峰占主导地位;另外,蓝色荧光峰表现出对激发波长的依赖性,而黄色荧光峰位置基本不变。本碳点的成功制备为研究其荧光机理和双荧光峰之间的过渡与转换提供了新的实物基础。更重要的是,研究成果将为碳点的绿色、高效、低成本、连续和规模化制备,以及煤炭资源的高值化利用提供新思路和新方法。

关键词：碳点水力空化煤荧光

锌冶炼副产物制备硫化锌吸附剂脱除气态汞的研究

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工程科学学报 2024年第1期46卷 33-43页

作者：阮泽晟王齐涛韩先翔陈志康张志恒王瑞祥张忠堂徐志峰刘志楼江西理工大学材料冶金化学学部赣州341000 赣州市绿色冶金与过程强化工程技术研究中心赣州341000 江西应用技术职业学院赣州341000

基于以废治废的理念,以锌冶炼过程中产生的高硫渣和次氧化锌为原料,通过高温硫化的方式制备金属硫化锌吸附剂,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积分析(BET)等方法对不同焙烧温度和焙烧时间下制备的硫... 详细信息

基于以废治废的理念,以锌冶炼过程中产生的高硫渣和次氧化锌为原料,通过高温硫化的方式制备金属硫化锌吸附剂,采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)和比表面积分析(BET)等方法对不同焙烧温度和焙烧时间下制备的硫化锌吸附剂进行表征分析,并考察不同烟气温度和烟气成分对吸附剂脱汞性能的影响.实验结果表明:在焙烧温度和保温时间分别达到250℃和60 min后可实现硫化锌吸附剂的成功制备,且表面形成大量的介孔孔洞;制备的ZnS-250℃-90 min具有最佳的吸附性能,在烟气温度150℃以内,对气态单质汞(Hg^(0))的平均吸附效率在99%以上,且对烟气中的O_(2)、SO_(2)和H_(2)O具有较高的抗性;在模拟锌冶炼烟气成分和半穿透条件下,ZnS-250℃-90 min对Hg^(0)的吸附容量可达3.04 mg·g^(-1),优于常规金属硫化物吸附剂;硫化锌吸附剂表面的不饱和短链硫(Sx2-)为Hg^(0)的关键活性位点,其可与烟气中的Hg^(0)反应化学吸附反应,形成稳定的HgS,从而实现烟气中Hg^(0)的净化;采用热脱附和多硫化物浸渍可实现吸附剂的循环再生,五次循环后吸附剂对Hg^(0)的吸附效率保持在98%以上,汞以单质汞的形式得到回收.本研究不仅为锌冶炼行低成本汞污染控制和汞资源化利用提供了基础,也为锌冶炼废弃物再利用提供支撑,促进锌冶炼行业的绿色生产.

关键词：副产物硫化锌吸附烟气脱汞回收利用

g-C_(3)N_(4)QDs@Go/MoS_(2)二维复合半导体催化剂的合成及光催化性能研究

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化学研究与应用 2024年第4期36卷 728-737页

作者：阿更兄马尚文马海燕李淑依吴可量任铁真巴音郭楞职业技术学院石油化工学院新疆库尔勒841000 南阳理工学院生物与化学工程学院河南南阳473000 河南工业微生物资源与发酵利用重点实验室河南南阳4730002 新疆大学化工学院新疆乌鲁木齐831100

为了解决MoS_(2)纳米片容易堆积、导电性低的科学问题,通过水热法在MoS_(2)催化剂水热引入石墨烯增强其导电性,制备出Go/MoS_(2)纳米片,随后负载上已合成的量子点(g-C_(3)N_(4)QDS),构建出g-C_(3)N_(4)QDS@Go/MoS_(2)三元二维复合催化剂... 详细信息

为了解决MoS_(2)纳米片容易堆积、导电性低的科学问题,通过水热法在MoS_(2)催化剂水热引入石墨烯增强其导电性,制备出Go/MoS_(2)纳米片,随后负载上已合成的量子点(g-C_(3)N_(4)QDS),构建出g-C_(3)N_(4)QDS@Go/MoS_(2)三元二维复合催化剂,用于光催化产氢。g-C_(3)N_(4)量子点由于其独特的电子结构和物理化学特性,其能带与MoS_(2)较为匹配,作为半导体材料也可以激发产生光生载流子,促进了整体催化产氢的效率。在本研究中复合催化剂显示出较高的光催化性能,2.5 h氢气产量为7.25μmol/g,相较于Go/MoS_(2),提升了近1.5倍。

关键词： MoS_(2)催化剂石墨烯 g-C_(3)N_(4)量子点光催化制氢

以煤矸石为原料制备土壤改良剂的综合实验设计

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当代化工研究 2024年第2期 134-136页

作者：朱晓波门子湄李望马名杰河南理工大学化学化工学院河南454000

本文设计了利用微生物处理煤矸石制备土壤改良剂的大学化学综合实验项目,为煤矸石的绿色资源化利用提供了新途径。本实验项目涵盖了以煤矸石为原料,选育微生物并进行特征分析,微生物作用煤矸石制备土壤改良剂等知识点。本实验项目具有... 详细信息

本文设计了利用微生物处理煤矸石制备土壤改良剂的大学化学综合实验项目,为煤矸石的绿色资源化利用提供了新途径。本实验项目涵盖了以煤矸石为原料,选育微生物并进行特征分析,微生物作用煤矸石制备土壤改良剂等知识点。本实验项目具有符合国家环保政策、源于实际、操作方便、有利于拓宽学生科研视野、创新能力和社会意识的特点。

关键词：综合实验土壤改良剂煤矸石微生物

煤基灰/渣的大宗固废资源化利用现状及发展趋势

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 238-252页

作者：吴锦文邓小伟焦飞硕吕波房朝军河南理工大学化学化工学院河南焦作454000 河南理工大学鄂尔多斯煤炭清洁开发利用研究院内蒙古鄂尔多斯017000 矿物加工科学与技术国家重点实验室北京100160 鄂尔多斯市炭源科技有限公司内蒙古鄂尔多斯017000

近年来,煤炭工业快速发展,为国民经济运行提供了重要能源保障和原料支撑,与此同时,燃煤电厂、工业和民用锅炉等设备在煤燃烧和气化工艺过程中,产生大量的煤基灰/渣(粉煤灰、燃煤炉渣、气化渣)等工业固体废弃物,对生态环境造成了较大影... 详细信息

近年来,煤炭工业快速发展,为国民经济运行提供了重要能源保障和原料支撑,与此同时,燃煤电厂、工业和民用锅炉等设备在煤燃烧和气化工艺过程中,产生大量的煤基灰/渣(粉煤灰、燃煤炉渣、气化渣)等工业固体废弃物,对生态环境造成了较大影响。以粉煤灰和气化渣为代表的煤基灰/渣为例,我国每年排放约8亿t粉煤灰和3500万t气化渣,但是受限于国家能源结构、产业政策等因素的影响,以及煤基灰/渣的资源分布、产地性质的制约,目前,煤基灰/渣的高效资源化利用率还有待提升,其中,粉煤灰的综合利用率为70%、气化渣的综合利用率仅为30%,未来我国大宗固废仍存在产量大、资源利用不充分、综合利用产品附加值低等困境。因此,进一步提升大宗固废综合利用水平,全面提高资源利用效率,积极落实国家“碳达峰”和“碳中和”相关政策,完成煤炭工业“十四五”发展规划中相关工作,是当前煤炭开发利用需面对的重要问题。基于此,针对煤基灰/渣的性质,开展了大量的探索,如分级、分选、提质等技术研究,开发了具有针对性的工艺技术及装备,部分实现了煤基灰/渣的大宗固废资源化利用和高附加值利用。鉴于煤基灰/渣具有比表面积大、孔隙结构发达、含碳量偏高、铝硅含量丰富等特性,目前已经作为原料广泛应用于建工建材、环保、生态、化工等领域。文章分别从大宗固废资源化利用和深加工高附加值利用两个方面对煤基灰/渣进行了阐述。①建工建材等应用领域仍是提升煤基灰/渣大宗固废资源化利用的重要方向,但由于煤基灰/渣资源化利用存在脱碳与炭−灰分离技术装备有待完善、脱水与干燥困难、重金属可能存在沉淀等问题,后续有待深入研究;②提取有用组分并用于功能性碳材料制备、环境污染治理等领域可实现煤基灰/渣深加工高附加值利用,但需对生产工艺环节中产生的酸碱性或重金属废液进行有效处理,从而减少对环境的污染。针对煤基灰/渣在大宗固废资源化利用中所存在的问题,探讨了其未来发展趋势,以期为煤基灰/渣的大宗固废资源化利用以及煤化工行业高端化、低碳化、绿色化发展提供借鉴与参考。

关键词：煤基灰/渣粉煤灰燃煤炉渣煤气化渣大宗固废资源化