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生物质基碳材料的制备及其在超级电容器中的研究进展

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功能材料 2024年第3期55卷 3051-3063页

作者：李鑫蕊张金才宋慧平程芳琴山西大学资源与环境工程研究所黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心山西太原030006

生物质基碳材料具有可再生性和灵活的微观结构可调性,作为高效、廉价的超级电容器电极材料受到越来越多的关注,但原生生物质衍生炭存在有低孔隙率、低比表面积和比电容不足等缺点。电极材料的比表面积、孔隙结构和导电性等都会影响超级... 详细信息

生物质基碳材料具有可再生性和灵活的微观结构可调性,作为高效、廉价的超级电容器电极材料受到越来越多的关注,但原生生物质衍生炭存在有低孔隙率、低比表面积和比电容不足等缺点。电极材料的比表面积、孔隙结构和导电性等都会影响超级电容器的储能性能,故如何制造具有高比电容、快速充放电且兼具一定柔性的电极材料成为了目前的研究重点。综述了超级电容器的类别、储能机理以及生物质基碳材料的制备方法和研究现状,分析了高质量负载电极的关键性能评价参数,并对其电化学性能影响因素进行了系统讨论,未来的发展趋势是将不同种类的储能器械集成复合型能源存储器械,以满足各领域需求。复合型的能源存储器械,大大提高了超级电容器的综合性能,因此研发高效、稳定的电能存储技术对于缓解能源短缺、减少环境污染和推动可持续发展具有重要的意义。

关键词：生物质碳材料制备方法超级电容器电化学性能

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多种晶型纳米碳酸钙制备及生长机理的研究进展

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无机盐工业 2024年第5期56卷 1-10页

作者：李裕兴张金才程芳琴山西大学资源与环境工程研究所黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心山西太原030006

纳米碳酸钙作为一种通用材料,具有广泛的应用前景和市场需求,近年来备受关注。然而,由于纳米碳酸钙晶型的多样性,导致其在不同领域具备不同的应用潜力。因此,对不同晶型纳米碳酸钙的制备方法、生长影响因素及形成机制进行了深入研究,并... 详细信息

纳米碳酸钙作为一种通用材料,具有广泛的应用前景和市场需求,近年来备受关注。然而,由于纳米碳酸钙晶型的多样性,导致其在不同领域具备不同的应用潜力。因此,对不同晶型纳米碳酸钙的制备方法、生长影响因素及形成机制进行了深入研究,并且有目标地制备特定晶型产品已成为当前研究的焦点。首先概述了纳米碳酸钙结构,并总结了两种常见制备方法的优缺点和机理;其次重点阐述了晶型控制剂和制备工艺对纳米碳酸钙晶型调控方面的研究进展,并介绍了两种反应器能够增强溶液间微观混合效果,从而大幅提高整体反应效率;最后综述了纳米碳酸钙结晶过程同时受晶体成核和晶体生长共同控制。通过研究这两个结晶过程可以更好地理解内在机理,最终实现晶型和形貌的精确调控。

关键词：纳米碳酸钙晶型调控形成机理晶型控制剂

杂质离子对冷析结晶硫酸镁形貌影响的规律研究

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无机盐工业 2024年

作者：杨敏航徐楷成怀刚程文婷宋慧平山西大学资源与环境工程研究所黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心青海大学化工学院山西省黄河实验室

冷析结晶是生产结晶硫酸镁的常用方法之一，但得到的硫酸镁晶体往往形貌不规则且表面粗糙，限制硫酸镁晶体在涂层、复合材料等领域的应用。针对原料卤水中常见离子Li+、K+、Ca2+对结晶硫酸镁微观形貌的影响开展研究，以更好地满足后续... 详细信息

冷析结晶是生产结晶硫酸镁的常用方法之一，但得到的硫酸镁晶体往往形貌不规则且表面粗糙，限制硫酸镁晶体在涂层、复合材料等领域的应用。针对原料卤水中常见离子Li+、K+、Ca2+对结晶硫酸镁微观形貌的影响开展研究，以更好地满足后续应用的需要。根据冷析法提取高纯硫酸镁水合物工艺，在MgSO4-NaCl共饱和溶液的静置结晶中，对介稳态溶液及结晶产物进行表征。结果表明，降温过程中NaCl会附着在结晶表面影响晶体形貌。杂质离子会提高溶剂共享型离子对(Mg2+-H2O-SO42-)的比例，使其更有利于MgSO4·6H2O的生长和析出；不改变降温结晶产物的组成的同时，杂质离子会促使晶体表面Na含量降低，优化晶体形貌；当K2SO4含量为300 mmol/L时，产品中Na质量分数可从0.57%降低至0.03%，得到规整的结晶产物。推测杂质离子会与Na+竞争位于晶体表面的结晶位点，阻止钠盐成核，并采用分子动力学模拟验证了上述推测。因此，溶液中少量杂质离子的存在有助于获得表面光滑、性质稳定的硫酸镁晶体。

关键词：硫酸镁冷析结晶微观形貌杂质离子

超临界350MW循环流化床锅炉宽负荷NO排放特性及控制技术

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洁净煤技术 2024年

作者：杨敬池王菁王鹏程王飞杨凤玲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黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心山西平朔煤矸石发电有限责任公司

“双碳”背景下，新能源装机容量持续增加，火力发电由主体性电源逐步向辅助服务型电源转变，由于新能源具有间歇性特点，火电机组需频繁进行变负荷以深度调峰的形式维持电网稳定，但过程中逐渐暴露出低负荷NOx排放控制这一行业共性难... 详细信息

“双碳”背景下，新能源装机容量持续增加，火力发电由主体性电源逐步向辅助服务型电源转变，由于新能源具有间歇性特点，火电机组需频繁进行变负荷以深度调峰的形式维持电网稳定，但过程中逐渐暴露出低负荷NOx排放控制这一行业共性难题。本文以某超临界350 MW循环流化床机组锅炉为研究对象，分析了循环流化床锅炉变负荷过程，以及中低负荷运行时的NOx排放特性及相应影响机制，并验证了针对低负荷工况的循环流化床锅炉分区低氮燃烧控制方法，以及上二次风SNCR技术的运行效果。结果表明：随着运行负荷降低，为维持流化状态，密相区过量空气系数增加，NOx浓度相对中高负荷较高；在低负荷运行的过程中，采用分区低氮燃烧，或采用二次风SNCR脱硝可使NOx得到有效控制。

关键词：循环流化床锅炉宽负荷运行石灰石对NO 影响分区低氮控制二次风SNCR

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粉煤灰基注浆材料的研究进展

应用化工 2024年第3期53卷 673-676页

作者：魏芳宋慧平周建军段德丹刘倩成怀刚山西大学资源与环境工程研究所山西太原030006 黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心山西太原030006 山西焦煤集团有限责任公司山西太原030024

综述了粉煤灰基注浆材料的研究现状,并对粉煤灰基注浆材料的工程应用进行了总结。针对提高注浆材料中粉煤灰的利用率,进行了粉煤灰活化方式的评估,对改善粉煤灰基注浆材料各项性能的方法进行了论证和建议,以期为固体废弃物的规模化应用... 详细信息

综述了粉煤灰基注浆材料的研究现状,并对粉煤灰基注浆材料的工程应用进行了总结。针对提高注浆材料中粉煤灰的利用率,进行了粉煤灰活化方式的评估,对改善粉煤灰基注浆材料各项性能的方法进行了论证和建议,以期为固体废弃物的规模化应用提供理论支撑。

关键词：粉煤灰注浆材料激发活化凝结时间流动性力学性能

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煤矸石基多孔基质对土壤溶质运移的影响

无机盐工业 2024年第9期56卷 107-116页

作者：柴春镜冯政君吴海滨史晓凯张俊杰宋慧平山西大学资源与环境工程研究所黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心山西省黄河实验室山西太原030006 山西大学黄土高原研究所山西太原030006 山西大地民基生态环境股份有限公司山西太原030012

针对矿区存在的养分贫瘠、干旱缺水、表土缺乏等问题,提出了利用煤矸石制备多孔基质,并选择其作为矿区表土重构材料进行生态修复的思路,以及从溶质运移的角度评估其可行性。通过垂直土柱易混置换试验,研究了煤矸石基多孔基质对土壤中Cl^... 详细信息

针对矿区存在的养分贫瘠、干旱缺水、表土缺乏等问题,提出了利用煤矸石制备多孔基质,并选择其作为矿区表土重构材料进行生态修复的思路,以及从溶质运移的角度评估其可行性。通过垂直土柱易混置换试验,研究了煤矸石基多孔基质对土壤中Cl^(−)和Na^(+)运移特征的影响,揭示了多孔基质对土壤孔隙分布、饱和土壤溶质运移的影响规律。结果表明,当多孔基质掺量为10%~30%(体积分数)时,会缩短Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间,这是由于少量掺杂的多孔基质与土壤颗粒相互填充,小孔隙数量增加,形成了更为复杂的运移路径及多孔基质对Na^(+)具有较强的吸附性,会延长Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间;随着多孔基质添加量的继续增加(>30%),由于多孔基质容重较小,导致饱和导水率增加,反而会逐渐缩短Cl^(−)和Na^(+)的穿透时间。添加30%多孔基质时,出流液中的Cl^(−)和Na^(+)浓度分别降低了1.65%~46.30%和10.12%~32.88%,Cl^(−)和Na^(+)运移方式以对流为主。土壤孔隙分布和土壤对溶质的吸附性是影响溶质运移的主要因素。煤矸石基多孔基质和黄土以体积比为3∶7混合的复配模式,可以有效减少溶质运移。

关键词：多孔基质溶质运移穿透曲线 CDE模型煤矸石

生态毯不同上层承载材料对土壤水分及植物生长的影响

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中国水土保持科学 2024年第3期22卷 129-135页

作者：赵仲鹤涂盼盼陈欢邹炎宋慧平冯政君山西大学资源与环境工程研究所太原030006 山西大地生态环境技术研究院有限公司太原030032 山西清环能创环境科技有限公司太原030032 黄河流域资源增效减碳教育部工程研究中心太原030006 山西省黄河实验室太原030006

生态毯是一种使用便捷的边坡修复材料,但因承载材料的限制,实际应用中植被恢复效果差。为提高生态毯的性能,比较纤维纸、薄无纺布、厚无纺布、针织布4种不同上层承载材料对边坡植物生长状况、水分入渗率以及土壤含水率等指标的作用差异... 详细信息

生态毯是一种使用便捷的边坡修复材料,但因承载材料的限制,实际应用中植被恢复效果差。为提高生态毯的性能,比较纤维纸、薄无纺布、厚无纺布、针织布4种不同上层承载材料对边坡植物生长状况、水分入渗率以及土壤含水率等指标的作用差异。结果表明:种植30 d后,植物生长指标表现为针织布组>薄无纺布组>纤维纸组>厚无纺布组;坡面水分入渗量表现为针织布组(0.52 L)>纤维纸组(0.47 L)>薄无纺布(0.44 L)>厚无纺布(0.41 L);24 h内土壤含水率降低率表现为厚无纺布组(12.7%)减少蒸发方面表现良好,也不会阻碍植物出苗,植被恢复情况最佳,是一种较为理想的上层承载材料,可以替代传统的无纺布,改善生态毯的性能。

关键词：生态毯承载材料植被恢复土壤水分状况

电石渣循环利用碳减排潜力及其生命周期评价研究进展

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洁净煤技术 2024年第4期30卷 157-170页

作者：廖雪妍成怀刚钱阿妞潘子鹤程芳琴山西大学资源与环境工程研究所CO_(2)减排与资源化利用教育部工程研究中心山西太原030032 怀柔实验室山西研究院山西太原030032

将电石渣循环利用于建筑材料、环境治理和化工产品等领域,可实现工业废渣利用和二氧化碳减排。在双碳背景下,对电石渣固碳量及其循环利用途径的碳减排潜力分析尤为重要。详细统计了代表产区电石渣粒径分布和化学组成,依据各电石渣中氧... 详细信息

将电石渣循环利用于建筑材料、环境治理和化工产品等领域,可实现工业废渣利用和二氧化碳减排。在双碳背景下,对电石渣固碳量及其循环利用途径的碳减排潜力分析尤为重要。详细统计了代表产区电石渣粒径分布和化学组成,依据各电石渣中氧化钙含量计算理论固碳量,系统分析电石渣各类循环利用途径的碳减排效果及其在生命周期评价中具体实施步骤,介绍了生命周期评价在电石渣领域的应用案例。计算发现电石渣理论固碳量与氧化钙质量分数呈正相关。新疆和河北地区电石渣中氧化钙质量分数均约90%,山东地区电石渣氧化钙质量分数低,约61%,来自山东和新疆等6个产地电石渣的理论固碳量在0.48~0.72 t/t(以电石渣计)。电石渣循环利用领域,电石渣不论是替代石灰石原料生产水泥、砌砖、氯化钙和碳酸钙等建筑和化工产品,或针对其呈碱性特点用于烟气脱硫和工业废水处理,依各自产业规模差异均能不同程度减少二氧化碳排放,达到碳减排目的。其中,电石渣在建筑材料领域应用成熟,生产规模大,故碳减排总量大,代表企业平均每年减少万吨级二氧化碳排放。用生命周期评价计算电石渣循环利用碳排放量4个案例分析显示,电石渣制取1 t水泥熟料排放CO_(2)669 kg;电石渣在NH_(4)Cl与(NH_(4))_(2)SO4浸取体系中制1 t轻质碳酸钙的CO_(2)排放量相当,分别为308.21和300.7 kg,电石渣制1 t胶结制品碳排放量最低,约151.11 kg。推测由于电石渣生产水泥干燥预处理需消耗大量能源,导致其CO_(2)排放量高;用电石渣制备碳酸钙与胶结制品相比,前者需投加NH_(4)Cl或(NH_(4))_(2)SO_(4)等化学试剂,增加原辅材料带来的间接排放使前者碳排放量更大。电石渣-胶结制品CO_(2)净排放量为-301.47 kg/t(以胶结制品计),电石渣在NH_(4)Cl和(NH_(4))_(2)SO_(4)浸取体系中制1 t轻质碳酸钙的CO_(2)净排放量分别为-157.5和-139.3 kg。可见电石渣循环利用于胶结制品领域的碳减排效果最好。可从电石渣的干燥处理工序和原辅材料添加工序等优化入手,研究电石渣-水泥/碳酸钙领域碳减排,制定有针对性的碳减排方案。

关键词：电石渣二氧化碳生命周期评价碳减排

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沙波迎流面流速及切应力垂线分布研究

工程科学与技术 2024年

作者：丰青肖千璐张晓华郑艳爽李彬黄河流域生态保护和高质量发展研究中心河南郑州黄河流域生态保护和高质量发展研究中心水利部黄河下游河道与河口治理重点实验室黄河水利委员会黄河水利科学研究院

沙波床面水流运动特性与平坦床面具有显著差异，现有沙波迎流面流速分布公式大多以水平流速作为研究对象，对沙波流速垂线分量空间分布变化对水平分量垂线分布的影响关注较少，未能完整描述沙波迎流面流速和切应力分布特征。基于经典沙... 详细信息

沙波床面水流运动特性与平坦床面具有显著差异，现有沙波迎流面流速分布公式大多以水平流速作为研究对象，对沙波流速垂线分量空间分布变化对水平分量垂线分布的影响关注较少，未能完整描述沙波迎流面流速和切应力分布特征。基于经典沙波地形水槽实验观测数据，对沙波迎流面流速水平分量和垂线分量沿程分布进行统计分析；在此基础上提出流速偏移角的概念，用以描述沙波迎流角对流速水平分量和垂线分量分配的影响，研究了流速偏移角在沙波迎流面上的沿程分布规律；在沙波迎流面上建立子坐标系统，运用坐标旋转的方式建立了床面上方水体中标准坐标系统与近底子坐标系统转换关系，构建了沙波迎流面处流速矢量与水体主流流速矢量的数学关系，推导了考虑流速水平分量和流速垂线分量沿程调整规律的沙波迎流面流速和切应力垂向分布公式。结果表明，随着相对水深减小，流速偏移角向负值不断增大，在0.1倍相对水深处达到负最大值，而后开始减小，在临近迎流面处恢复为正值。流速偏移角自沙波迎流面近底处与水深呈指数函数关系，至水体上部时流速方向基本与主流方向一致。建立的沙波迎流面流速垂线分布公式计算值与实测数据基本一致，反映了沙波地形对其迎流面水流流速垂向分布和紊动扩散通量垂线分布空间变化的影响，进一步揭示了沙波床面水流运动特征和空间变化规律。

关键词：沙波流速垂线分布流速偏移角迎流面紊动切应力