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机械研磨强化废旧锂电材料的选择性提锂

中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1861-1870页

作者：张光文姜涛丁立鑫刘子孟袁雪何亚群中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116 中国矿业大学化工学院徐州221116

锂离子选择性提取是废旧锂离子电池资源化的重要环节,本文通过无氧低温热处理-机械研磨-筛分除杂强化混合电极粉料选择性提锂。通过物相、形貌、表面元素化学形态、粒度变化等分析混合粉料选择性优先提锂的强化机制。结果表明:500℃无... 详细信息

锂离子选择性提取是废旧锂离子电池资源化的重要环节,本文通过无氧低温热处理-机械研磨-筛分除杂强化混合电极粉料选择性提锂。通过物相、形貌、表面元素化学形态、粒度变化等分析混合粉料选择性优先提锂的强化机制。结果表明:500℃无氧低温热处理脱除有机黏结剂过程中可同步实现部分锂离子迁移析出,湿式机械研磨可实现大颗粒团聚物的解离,并同步实现16.09%锂离子浸出;机械研磨并筛分处理后,混合电极粉料中铝含量由3.25%降为0.63%(质量分数),铜含量由2.75%降为0.48%(质量分数);机械研磨可有效促进石墨与正极材料的还原反应过程,强化电极材料中锂离子的迁移析出。低温焙烧-机械研磨-筛分除杂预处理后,混合电极材料还原焙烧-水浸选择性提锂效率由76.81%提升至86.08%。

关键词：废旧锂离子电池电极材料还原焙烧选择性提锂过程强化

滑液组分对“软-软”配副关节材料摩擦学行为的影响

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第3期64卷 454-470页

作者：岑佳佳张德坤陈琴张欣悦冯存傲冯海燕陈凯中国矿业大学材料与物理学院徐州221116 中国矿业大学化工学院徐州221116

人体内关节滑液中各成分浓度的变化对人工关节滑动配副的摩擦学行为具有重要影响。该文基于人工关节置换后关节滑液的各组分浓度,以聚醚醚酮(polyether-ether-ketone,PEEK)和高交联聚乙烯(highly crosslinked polyethylene,XLPE)组成的... 详细信息

人体内关节滑液中各成分浓度的变化对人工关节滑动配副的摩擦学行为具有重要影响。该文基于人工关节置换后关节滑液的各组分浓度,以聚醚醚酮(polyether-ether-ketone,PEEK)和高交联聚乙烯(highly crosslinked polyethylene,XLPE)组成的“软-软”关节配副为研究对象,体外配制不同浓度的白蛋白(albumin,Alb)、γ-球蛋白(γ-globulin,γ-Glo)、透明质酸(hyaluronic acid,HA)和脂质体(phospholipids,PLs)等人体关节滑液主要成分的复合滑液,研究了不同成分复合滑液润滑条件下PEEK-XLPE关节配副的摩擦磨损行为,探明了滑液组分和浓度对“软-软”关节配副摩擦磨损的影响机制,揭示了“软-软”关节配副在不同成分复合滑液润滑作用下的磨损机理。结果表明:复合滑液中的4种主要成分均对“软-软”配副人工关节材料的摩擦磨损性能有较大影响,其中γ-Glo浓度对摩擦系数(coefficient of friction,COF)影响较大,当γ-Glo浓度由5.83mg/mL增加至8.75mg/mL时,摩擦系数增加了29.4%;总蛋白质浓度对磨损率影响较大,由15mg/mL Alb+3.75mg/mL γ-Glo增加至35mg/mL Alb+8.75mg/mL γ-Glo时,磨损率增加了166.0%。当复合滑液中γ-Glo或总蛋白质浓度过高时,蛋白质在摩擦表面发生不良黏附,使“软-软”配副关节材料的磨损加剧。此外,蛋白质混合液中同时加入HA和PLs,能促进Alb吸附而抑制γ-Glo吸附。

关键词：复合滑液蛋白质透明质酸脂质体摩擦磨损

藤蔓结构NiCo-MOF@CNTs复合电极材料制备及性能

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洁净煤技术 2024年第1期30卷 76-86页

作者：任国行顾波杨小芹彭晓雪魏金雨贾嘉林喆秦志宏中国矿业大学化工学院江苏徐州221116

超级电容器是一种高性能电化学储能装置,具有功率密度高、循环稳定性强、充放电速率快等特点,在可再生能源存储中发挥重要作用。为提高超级电容器性能,满足日益增长的能源储存需求,利用水热法制备NiCo-MOF@CNTs复合电极材料,通过改变碳... 详细信息

超级电容器是一种高性能电化学储能装置,具有功率密度高、循环稳定性强、充放电速率快等特点,在可再生能源存储中发挥重要作用。为提高超级电容器性能,满足日益增长的能源储存需求,利用水热法制备NiCo-MOF@CNTs复合电极材料,通过改变碳纳米管(CNTs)添加量,使复合材料储能特性达到最优。CNTs不仅增加了材料的比表面积和导电性,还与NiCo-MOF形成独特的藤蔓结构,其中NiCo-MOF构成藤蔓的叶片,为电荷存储提供活性位点,而CNTs构成与叶片相连接的茎蔓,将电子源源不断传递至活性中心,改善电化学性能。与未添加CNTs相比,效果最好的NiCo-MOF@CNTs5的比表面积由25.65 m^(2)/g增至44.27 m^(2)/g,平均孔径由37.86 nm降至18.99 nm,孔径分布更有利于电解质离子的扩散与传输;在1 A/g电流密度下,比电容高达1569 F/g,电流密度增至20 A/g时,倍率性能高达74%,高于未加入CNTs的NiCo-MOF电极材料(42.6%)。组装成非对称超级电容器后,在1 A/g电流密度下比电容为194 F/g,电流密度增至20 A/g时比电容仍有147 F/g;在5 A/g电流密度下经5000次充放电循环后,比电容保有率91.2%;在759 W/kg功率密度下的能量密度高达50.63 Wh/kg,功率密度提至17.3 kW/kg仍能实现41.94 Wh/kg高能量密度。

关键词：超级电容器金属有机骨架水热法碳纳米管藤蔓结构

Co/SAPO-34催化剂在MTO反应中催化性能和积炭行为

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洁净煤技术 2024年第1期30卷 66-75页

作者：李宁褚睿智吴佳欣孟献梁吴国光李晓李伟松江晓凤俞时中国矿业大学化工学院江苏徐州221116

针对SAPO-34分子筛在MTO反应中烯烃选择性低和易于酸性积炭失活的问题,通过等体积浸渍法向SAPO-34分子筛孔道内引入金属Co,系统考察了Co的加入量对Co/SAPO-34催化剂在MTO反应中的催化性能和积炭行为的影响。结果表明金属Co可以作为脱氢... 详细信息

针对SAPO-34分子筛在MTO反应中烯烃选择性低和易于酸性积炭失活的问题,通过等体积浸渍法向SAPO-34分子筛孔道内引入金属Co,系统考察了Co的加入量对Co/SAPO-34催化剂在MTO反应中的催化性能和积炭行为的影响。结果表明金属Co可以作为脱氢反应中心位点,削弱氢离子转移作用,抑制烷烃的生成,进而有效提高反应烯烃选择性;同时Co金属的引入可以精密调控SAPO-34分子筛表面酸中心强度,提高弱酸/强酸比例,进而削弱强酸中心的积炭作用,抑制催化剂的积炭失活。结合NH_(3)-TPD、H_(2)-TPD、氮气物理吸脱附、TG、XPS、GC-MS等表征方法,深入探讨Co/SAPO-34催化剂在MTO反应中的积炭行为,发现多甲基苯类关键积炭前体优先沉积于微孔和强酸位点,并显著促进稠环芳烃的生成,而相对较大的孔体积以及适量的弱酸浓度可以协同促进积炭前体的分解转化,抑制稠环芳烃等硬积炭物种的形成。积炭速率计算表明,具有适量酸性和孔道结构的Co 0.5/SAPO-34的甲醇转化率及低碳烯烃选择性最高,催化寿命最长。

关键词： Co/SAPO-34 浸渍甲醇制烯烃积炭失活选择性

煤基半焦对重金属土壤中铬和镉的原位钝化及作用机制分析

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煤炭转化 2024年第1期47卷 60-70页

作者：陈东享朱佳媚刘冰倩岳晓明中国矿业大学化工学院江苏徐州221116

工业化和城市化的快速发展对土壤造成严重的重金属污染,其中由于铬、镉的毒性强,对环境的危害极大。以资源丰富的石河子煤和乌鲁木齐煤为原料经热解制得半焦,将其作为铬和镉污染土壤的钝化材料,以实现重金属污染土壤的修复和改良。利用... 详细信息

工业化和城市化的快速发展对土壤造成严重的重金属污染,其中由于铬、镉的毒性强,对环境的危害极大。以资源丰富的石河子煤和乌鲁木齐煤为原料经热解制得半焦,将其作为铬和镉污染土壤的钝化材料,以实现重金属污染土壤的修复和改良。利用热重分析得到两种煤样热解的特征温度;采用N_(2)等温吸附法对半焦的孔隙结构进行了表征。通过重金属浸提实验,研究了半焦钝化剂作用时间和添加量对单一污染土壤及复合污染土壤中重金属有效态含量的影响。结果表明:乌鲁木齐煤基半焦具有较适宜重金属钝化的表面特征,孔径主要集中在1.8 nm~4.0 nm,单位面积酸性官能团和碱性官能团数量较多,分别为0.0026 mmol/m^(2)和0.0164 mmol/m^(2);在其添加量为5%,粒径为300μm~500μm,与土壤作用时间为90 d的条件下,铬和镉的有效态含量分别下降了78%和21%。相比于单一污染土壤,竞争作用使得复合污染土壤中铬和镉的钝化效果略有下降。此外,土壤中添加半焦后,土壤的pH值保持在稳定的弱碱性范围内,其有机质含量和阳离子交换量均有提高,改善了土壤的理化性质,可增强土壤肥力。

关键词：土壤修复铬镉煤基半焦重金属有效态

基于数据生命周期的煤泥浮选智能控制技术研究进展

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洁净煤技术 2024年第1期30卷 45-57页

作者：周长春温智平周脉强徐舸中国矿业大学化工学院江苏徐州221116

随着国家政策和新一代人工智能技术的持续牵引,矿山智能化研究取得突破,其中,选煤厂智能化建设受到高度关注,煤泥浮选智能控制技术一直是阻碍选煤厂智能化建设的关键瓶颈之一。以煤泥浮选数据生命周期为主线,从浮选精煤/尾煤灰分在线预... 详细信息

随着国家政策和新一代人工智能技术的持续牵引,矿山智能化研究取得突破,其中,选煤厂智能化建设受到高度关注,煤泥浮选智能控制技术一直是阻碍选煤厂智能化建设的关键瓶颈之一。以煤泥浮选数据生命周期为主线,从浮选精煤/尾煤灰分在线预测、浮选药剂智能添加和煤泥浮选系统智能决策3个角度综述了煤泥浮选智能控制技术的研究进展,并展望未来煤泥浮选智能控制技术发展趋势。浮选精煤灰分在线预测困难重重,单一视觉特征信息并不可靠,尾矿灰分的预测技术相对更加成熟可靠;浮选药剂添加量受多个过程变量同时制约,模型性能在整个工况区间的自适应性和泛化能力还需进一步提升;当前浮选工业系统智能控制技术的进一步发展严重受限于浮选精煤/尾煤灰分等指标的预测精度、传感器检测精度、药剂添加精度等因素。浮选过程数据集维度更高,难以建立可靠的知识库,以深度学习为代表的新一代人工智能技术能适应这类数据结构。此外,已有浮选监测系统只针对特定矿物,唯一性较高。未来浮选智能控制系统应集中攻克指标预测、传感器检测精度等方面限制,建立多煤种、模板化的煤泥浮选智能控制资料大数据集和大模型。

关键词：煤泥浮选数据生命周期灰分在线预测药剂智能添加智能控制技术

生物质平台化合物催化转化制备芳香多元羧酸研究进展

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洁净煤技术 2024年第1期30卷 87-100页

作者：呼延成张文静曹景沛中国矿业大学化工学院徐州221116

芳香多元羧酸,如对苯二甲酸、邻苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸等是重要的大宗化学品,可以制备各种聚合物材料,在日常生活的各个领域应用广泛。工业上,这些芳香多元羧酸是以石油基衍生的芳香烃为原料进行高温高压催化氧... 详细信息

芳香多元羧酸,如对苯二甲酸、邻苯二甲酸、偏苯三甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸等是重要的大宗化学品,可以制备各种聚合物材料,在日常生活的各个领域应用广泛。工业上,这些芳香多元羧酸是以石油基衍生的芳香烃为原料进行高温高压催化氧化获得。在双碳背景下,开发利用可再生生物质替代传统化石能源生产芳香多元羧酸具有重要的现实意义。生物质转化过程是首先在化学或生物催化下,将生物质降解到一系列C1~C6的平台化合物,然后再通过这些化合物之间的耦合转化制备工业化学品。详细总结了生物质平台化合物催化转化制备芳香多元羧酸的研究进展。这些工作的创新点是开拓新的生物质基合成工艺来生产芳香多元羧酸,关键挑战步骤是芳环的构建。针对该难点,成功开发了两种策略:①呋喃类分子与烯烃的Diels-Alder反应与后续脱水芳构化反应;②醇脱水生成共轭二烯烃,再与烯烃进行Diels-Alder反应以及后续的脱氢芳构化反应。按所生产芳香多元羧酸的种类进行分类,包括对苯二甲酸、苯酐/邻苯二甲酸、苯三甲酸以及均苯四甲酸。研究为生物质催化转化新体系的研发与工艺过程优化提供借鉴。

关键词：芳香多元羧酸生物质催化转化平台化合物 Diels-Alder反应脱氢反应

Fe^(3+)对细粒菱锌矿和方解石分散行为的影响

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中国有色金属学报 2024年第3期34卷 923-933页

作者：马子龙潘文峰廖寅飞曹亦俊李树磊陈小国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 中国矿业大学化工学院徐州221116 郑州大学化工学院郑州450001

方解石矿泥的覆盖和高价金属阳离子的存在是影响粒径−20μm细粒菱锌矿浮选效果的关键因素,两者通过改变菱锌矿的表面性质而恶化其分散性和浮选环境。本文选择菱锌矿浮选中常见的Fe^(3+)为研究对象,通过吸附试验、Zeta电位、XPS分析,DLV... 详细信息

方解石矿泥的覆盖和高价金属阳离子的存在是影响粒径−20μm细粒菱锌矿浮选效果的关键因素,两者通过改变菱锌矿的表面性质而恶化其分散性和浮选环境。本文选择菱锌矿浮选中常见的Fe^(3+)为研究对象,通过吸附试验、Zeta电位、XPS分析,DLVO理论计算等考察Fe^(3+)对菱锌矿和方解石的分散行为规律和作用机理。结果表明:两种矿物对Fe^(3+)的吸附行为基本一致,但Fe^(3+)对菱锌矿分散行为的影响程度大于Fe^(3+)对方解石分散行为的影响。当Fe^(3+)浓度为5×10^(−4)mol/L时,菱锌矿分散行为被完全破坏。溶液化学及DLVO理论计算结果表明,Fe^(3+)吸附在矿物表面形成了羟基络合物或Fe(OH)3,导致菱锌矿颗粒间作用力小于方解石的,这是Fe^(3+)破坏菱锌矿分散行为、影响粒径−20μm细粒菱锌矿浮选的主要原因。

关键词： Fe^(3+) 细粒菱锌矿方解石分散行为

三丁基（丙基）季鏻离子液体对VOCs的吸附性能及机理

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化工学报 2024年

作者：赵非凡朱佳媚康洁檀亮段靖瑜中国矿业大学化工学院

为拓展和探究离子液体在挥发性有机物（VOCs）吸收领域的潜在应用和机理分析，以乙醚、丙酮和二氯甲烷为VOCs代表，模拟计算了三种季鏻类离子液体（PILs），即三丁基（丙基）季鏻四氟硼酸盐([P4443][BF4])、三丁基（丙基）季鏻双三氟甲... 详细信息

为拓展和探究离子液体在挥发性有机物（VOCs）吸收领域的潜在应用和机理分析，以乙醚、丙酮和二氯甲烷为VOCs代表，模拟计算了三种季鏻类离子液体（PILs），即三丁基（丙基）季鏻四氟硼酸盐([P4443][BF4])、三丁基（丙基）季鏻双三氟甲基磺酰亚胺盐([P4443][Tf2N])、三丁基（丙基）季鏻三氟乙酸盐([P4443][CF3COO])吸收单分子和多分子VOCs的活性位点、氢键、吸收能(Eabs)、电荷等。研究表明，PILs与三种VOCs之间形成了氢键并伴随电荷转移，阴离子对乙醚和丙酮吸收影响不显著；阴离子对二氯甲烷的吸收则起主要作用，[CF3COO]-的Eabs值明显较大。[P4443]+类离子对一般具有3个类似的吸收活性位点，其容纳VOCs分子的空间主要由阳离子提供。离子液体的双离子对空间结构分析表明，其中碱性弱、且体积较大阴离子组成的PILs更容易暴露其吸收位点。实验研究进一步表明，相比咪唑类离子液体，PILs表现出优异的VOCs吸收能力。

关键词：离子液体模拟挥发性有机物吸收密度泛函理论