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流场涡旋中颗粒碰撞黏附机制的CFD-DEM(XDLVO)模拟

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1625-1635页

作者：林喆吴亚红郭语妍秦志宏中国矿业大学化工学院江苏徐州221116

混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制,以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场,采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO... 详细信息

混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制,以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场,采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO理论辅助描述离散元方法中颗粒间的相互作用力,对粒径为25~100μm颗粒在上述流场中的碰撞与黏附过程进行CFD-DEM模拟,并试验验证。结果表明,在流速0.06~0.12 m/s、圆柱直径2~6 mm、雷诺数为120~720条件下,圆柱绕流场中的涡旋半径(r)与圆柱直径(D)的关系近似为r=0.133 3D+0.421 4,与流速无显著相关性;涡旋中心的最大涡量与流速成正比,涡旋强度与圆柱直径的2次方正相关。CFD-DEM(XDLVO)模拟方法获得的黏附聚集体的特征参数与试验结果吻合较好,说明其可较准确地描述圆柱绕流场中颗粒的碰撞与黏附过程。对流场涡旋分布特征和聚集体在流场分区中分布特征的分析表明,流场中的涡旋通过惯性离心力使颗粒远离涡旋中心向涡旋周边的黏性剪切区富集,在改变颗粒运动方向的同时,增加了颗粒在黏性区的局部浓度,从而提高了颗粒的碰撞概率,有效促进了颗粒的黏附并大。当涡旋尺度为物料粒径的10倍左右时最有利于颗粒的碰撞黏附,因此可根据应用场景的物料粒度来优化设计绕流圆柱直径,使其达到最好的黏附效果。

关键词：碰撞黏附 XDLVO CFD-DEM 圆柱绕流涡旋

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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

三丁基(丙基)季离子液体对VOCs的吸收性能及机理

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化工学报 2024年第10期75卷 3669-3680页

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江苏徐州221116

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,以乙醚、丙酮和二氯甲烷为VOCs代表,模拟计算了三种季类离子液体(PILs),即三丁基(丙基)季四氟硼酸盐([P_(4443)][BF4])、三丁基(丙基)季双三氟甲基磺酰亚胺盐([P_(44... 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,以乙醚、丙酮和二氯甲烷为VOCs代表,模拟计算了三种季类离子液体(PILs),即三丁基(丙基)季四氟硼酸盐([P_(4443)][BF4])、三丁基(丙基)季双三氟甲基磺酰亚胺盐([P_(4443)][Tf2N])、三丁基(丙基)季三氟乙酸盐([P_(4443)][CF_(3)COO])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之间均形成了氢键并伴随电荷转移,阴离子对乙醚和丙酮吸收的影响不显著;阴离子对二氯甲烷的吸收则起主要作用,[CF_(3)COO]-的Eabs值明显较大。[P_(4443)]+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,由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

废旧磷酸铁锂电池机械化学固相氧化回收锂机理

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化工学报 2024年第10期75卷 3775-3782页

作者：刘家稳夏文成武锋彭耀丽谢广元中国矿业大学化工学院江苏徐州221116

采用K_(2)S_(2)O_(8)作为氧化剂,分别通过氧化浸出、机械活化联合氧化浸出、机械固相氧化联合水浸三种方法对废旧磷酸铁锂(LiFePO_(4))电池正极粉末进行处理。结果表明,在三种方式最优条件下,氧化浸出方式的Li浸出率为89.03%(质量分数)... 详细信息

采用K_(2)S_(2)O_(8)作为氧化剂,分别通过氧化浸出、机械活化联合氧化浸出、机械固相氧化联合水浸三种方法对废旧磷酸铁锂(LiFePO_(4))电池正极粉末进行处理。结果表明,在三种方式最优条件下,氧化浸出方式的Li浸出率为89.03%(质量分数)、机械活化联合氧化浸出方式的Li浸出率为92.36%(质量分数),机械固相氧化联合水浸方式的效果最佳,Li浸出率为98.26%(质量分数),此时Fe化合物与Li完全分离,选择性较高。通过添加K_(3)PO_(4)将浸出的锂离子以Li_(3)PO_(4)沉淀的形式提取回收,经电感耦合等离子体质谱仪检测,纯度可达98.67%(质量分数)。X射线衍射和X射线光电子能谱分析浸出机理,结果表明,在机械化学固相氧化过程中,机械力不仅诱导了LiFePO_(4)粒度的减小,还作为氧化反应的驱动力,使得Li^(+)迁出,Fe(Ⅱ)被氧化为Fe(Ⅲ),为之后的水浸过程提供了良好条件,实现了Li和Fe的选择性分离。

关键词：废旧磷酸铁锂电池回收机械固相氧化浸取选择性过硫酸钾

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

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

基质Lewis酸性调控及其催化轻烃裂化反应性能

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燃料化学学报（中英文） 2024年第2期52卷 218-233页

作者：冯锐方舟周鹏李天泊胡晓燕闫新龙张忠东中国矿业大学化工学院江苏徐州221116 中国石油石油化工研究院北京102206

催化剂分子筛和基质的合理匹配是提高石脑油催化裂化制低碳烯烃产量的最有效路径之一,但是基质表面Lewis酸性对裂化反应的影响尚未明确。本研究通过硼和锌改性γ-Al_(2)O_(3)和锡改性KIT-6介孔氧化硅材料调变表面的Lewis酸,研究基质及其... 详细信息

催化剂分子筛和基质的合理匹配是提高石脑油催化裂化制低碳烯烃产量的最有效路径之一,但是基质表面Lewis酸性对裂化反应的影响尚未明确。本研究通过硼和锌改性γ-Al_(2)O_(3)和锡改性KIT-6介孔氧化硅材料调变表面的Lewis酸,研究基质及其与ZSM-5分子筛配合使用时催化正庚烷和1-己烯裂化制低碳烯烃的性能。采用XRD、TEM、N2物理吸附-脱附以及NH3-TPD等方法探讨了改性γ-Al_(2)O_(3)和KIT-6的结构性质和表面酸性质。结果表明,B可以降低γ-Al_(2)O_(3)的表面Lewis酸性(酸量和酸强度),而Zn可以增强其表面酸性;此外,Sn可以提高有序介孔KIT-6表面Lewis酸性。催化裂化反应结果表明,当基质单独使用时,随基质表面Lewis酸性增强,轻烃反应活化能降低且转化率升高;当基质与ZSM-5配合使用时,基质在上分子筛在下的双床层排布方式对应的转化率最高,且随基质Lewis酸性增强,轻烃转化率升高,但Lewis酸性过强会加速氢转移反应,降低低碳烯烃的选择性。

关键词：路易斯酸基质催化裂化低碳烯烃

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低浓度铵盐高效精准脱除新疆准东煤中钠

煤炭学报 2024年第S1期49卷 404-412页

作者：苏金水卓相宇张丽芳张博王磊倪中海中国矿业大学化工学院中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心

新疆准东地区拥有丰富的高钠煤资源，它们是优质动力煤和化工原料用煤，但钠质量分数高会导致燃烧和气化过程中设备污染和积灰结渣严重，从而严重限制了准东煤的大规模高效利用，钠的高效经济绿色脱除对准东煤的清洁利用具有重要意义。... 详细信息

新疆准东地区拥有丰富的高钠煤资源，它们是优质动力煤和化工原料用煤，但钠质量分数高会导致燃烧和气化过程中设备污染和积灰结渣严重，从而严重限制了准东煤的大规模高效利用，钠的高效经济绿色脱除对准东煤的清洁利用具有重要意义。详细研究了系列低浓度铵盐对准东低阶高钠煤中钠的脱除规律及机制，结果表明：去离子水仅能脱除约52%的煤中钠，当使用0.006mol/L的低浓度NH4Ac、NH4Cl、（NH4）2SO4、NH4NO3、TMACl等各类铵盐时，总钠和有机钠脱除率可达90%～97%和80%～95%。煤灰中Na2O质量分数从原煤的6.21%和水处理煤的2.77%显著降低至低浓度铵盐处理煤的0.27%～0.81%。在上述各类铵盐中，NH4Ac脱钠效果最佳。脱钠药剂中阳离子对有机钠的脱除起着重要作用，其脱钠量顺序为H+> NH4+> TMA+，这归因于小的阳离子更有利于进入煤孔隙和有机质本体，与有机钠进行离子交换。铵盐能够脱除煤中各类羧酸钠是常规的离子交换机理，但酚钠的脱除机理可能涉及离子交换、酚铵盐的复分解及NH4+的水解等反应。提高温度、延长时间和增加铵盐量均能显著提高煤中总钠、水溶性无机钠和有机钠等各类形态钠的脱除量。建立了不同铵盐添加量与煤中总钠和有机钠脱除量之间的正相关关系，如对于NH4Ac为y（total Na）=12 479x（ammonium amount）+2 200, y（organic Na）=12 394x（ammonium amount）+136。该准东煤满足国家燃煤标准(w（Na2O）<2.0%，以灰分计质量分数)，需脱除约70%的总钠，每吨准东煤需添加约4.26 kg NH4Ac。

关键词：准东煤脱钠相关性铵盐