共价有机骨架/碳纳米管复合材料中锂离子吸附与传输特性的分子模拟

利用分子模拟方法对共价有机骨架 (covalent organic framework, COF)/碳纳米管(carbon nanotube, CNT) 复合材料 COF@CNT 中锂离子 (Li$^{+})$ 的吸附与传输特性开展研究, 明确了 Li$^{+}$ 的吸附位点与吸附顺序, 得到了相应的吸附能, 并观察 COF@CNT 的表观形貌变化. 当达到饱和吸附状态时, COF@CNT 的体积变化率仅为 0.25, 平均电压保持在 2.00 V 以上, 而理论容量则高达 1 402.47 mAh/g. 此外, Li$^{+}$ 在 COF@CNT 内部的电导率大于其在单纯 CNT 中电导率的实测值. 模拟结果可为此类体系的实际应用提供理论基础.     

锂吸附剂失活机理及再生工艺研究

对工业装置中的吸附剂中毒机理进行了分析，并对中毒后吸附性能的再生开展了研究。通过X射线能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等表征手段分析了吸附剂中毒机理，发现传质孔道被含镁沉积物堵塞是吸附剂中毒的主要原因，导致传质面积降低，进而影响吸附容量。在此基础上，研究了多种吸附剂的再生工艺，并对铵盐再生工艺进行了优化。结果表明：当铵盐处理液质量浓度为0.6 g·L^-1、恢复时间为97.6 h时，能满足工业生产的处理要求。     

胺类捕收剂在石英表面吸附的定量构效关系

为深入研究胺类阳离子捕收剂在石英表面吸附能与其结构之间的关系，基于遗传算法构建了20种胺类捕收剂在石英表面吸附能与其结构参数之间的定量构效关系模型，得到了模型的相关系数R²=0.969，调整系数R²_ad=0.964，交叉验证系数R²_cv=0.955，显著值F=168.429，表明模型预测结果与模拟计算值拟合较好.四种未参与建模的阳离子捕收剂对所构建模型外部检验结果误差不超过5%，证明模型具有较好的预测性，能够较好预测胺类捕收剂在石英表面的吸附能.     

Ti对Sn-xTi/Al2O3润湿性的影响

针对添加活性元素Ti有利于改善金属/Al₂O₃体系的润湿性、但润湿机制仍不明确问题,研究采用改良座滴法,研究了熔融Sn-(原子分数为0%、2%、5%)Ti合金在973~1 273 K高真空中在Al₂O₃表面的润湿性.研究结果表明:Ti原子分数的增加会显著改善Sn-xTi/Al₂O₃体系的润湿性,润湿性改善的原因在于Ti在界面处的吸附降低了固/液界面自由能,而并非界面析出的反应产物.对此结论,应用吸附的统计热力学模型验证了实验结果,并证明Sn-xTi/Al₂O₃体系的铺展动力学在很大程度上受控于吸附动力学.     

玉米芯基生物炭的制备及其吸附性能

采用农业废弃物玉米芯作为原材料,通过生物碳化(HTC)的方法在不同温度下制备低成本、高性能吸附剂用生物炭.该生物炭具有介孔结构,表面含有丰富的含氧官能团,如—OH,C==O,C—O等,其种类及密度受水热温度的影响.以亚甲基蓝(MB)作为模型吸附剂,进一步研究了生物炭的吸附性能.吸附动力学研究表明符合拟二级动力学模型吸附行为,且225 ℃水热条件下得到的生物炭具有最大吸附量(41.37 mg/g)和最高吸附速率.等温吸附平衡数据与Langmuir等温模型吻合较好,表明生物炭对MB的吸附是单层吸附;生物炭表面含氧官能团与MB分子相互作用有助于吸附过程.     

玉米芯活性炭改性及其对CO_2吸附性能

研究了提高玉米芯活性炭对CO2气体吸附性能的方法和途径,对自制的玉米芯活性炭进行了氧化改性和还原改性.改性后C元素质量分数都减少了10%左右.经硝酸和硝酸盐氧化改性后其表面含氧官能团明显增多;经碳酸盐碱性还原改性后引入了CO2-3根;经氨水碱性还原改性后引入了大量氨基基团,表明成功地对制备的玉米芯活性炭进行了氧化和还原改性.其中,利用Ca(NO3)2改性后样品对CO2的吸附量比改性前提高了21.2%;经过Na2CO3改性后样品对CO2的吸附量提高了28.5%.因此,制备的玉米芯活性炭经过Na2CO3改性后更有利于其应用于CO2吸附分离.     

Synergetic effect of multiple phases on hydrogen desorption kinetics and cycle durability in ball milled MgH2–PrF3–Al–Ni composite

A new MgH₂–PrF₃–Al–Ni composite was prepared by ball milling under hydrogen atmosphere. After initial dehydrogenation and rehydrogenation, Pr₃Al₁₁, MgF₂, PrH₃ and Mg₂NiH₄ nanoparticles formed accompanying the main phase MgH₂. The hydrogen absorption-desorption properties were measured by using a Sieverts-type apparatus. The results showed that the MgH₂–PrF₃–Al–Ni composite improved cycle stability and enhanced hydrogen desorption kinetics. The improvement of hydrogen absorption-desorption properties is ascribed to the synergetic effect of the in situ formed Pr₃Al₁₁, MgF₂, PrH₃ and Mg₂NiH₄ nanoparticles. This work provides an important inspiration for the improvement of hydrogen storage properties in Mg-based materials.     

一种钯离子印迹聚合物的制备优化研究

采用沉淀聚合法, 以PdCl₄²⁻为模板, 以4-乙烯基吡啶(4-VP)、2-烯丙巯基烟酸(ANA)、2-乙酸胺基丙烯酸(AAA)为功能单体, 加入交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和致孔剂甲醇, 制备钯离子印迹聚合物。通过添加不同种类、用量的功能单体和不同用量的交联剂, 探究不同制备条件对钯离子印迹聚合物制备效果的影响。优化结果表明, 与ANA和AAA功能单体对比, 4-VP和PdCl₄^2–能形成4:1的稳定配合物, 结合常数最大, 印迹效果最好, 是 3 种功能单体中用于制备钯离子印迹聚合物的最佳选择。吸附试验结果进一步表明, 按照模板、功能单体、交联剂用量比例为1:4:40制备的钯离子印迹聚合物对Pd(II)的吸附量最大, 为5.042 mg/g。     

鸡粪生物炭对萘的吸附性能研究

以鸡粪为生物质原料,采用热分解法在管式炉中氮气氛围下分别于300、500、700℃温度下及在马弗炉中限氧500℃温度下制备生物炭,采用XRD、SEM和FTIR等对所制备的鸡粪生物炭进行表征,研究不同条件下所制备的鸡粪生物炭对萘吸附特性的影响,并探讨鸡粪生物炭对萘的吸附机理。结果表明,鸡粪生物炭具有凹凸不平、不规则表面的无定形炭结构,表面具有—COOH、—OH等多种含氧官能团;随着热解温度的升高,萘在鸡粪生物炭上的吸附量先减小后增加,其中,在700℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附量最大;鸡粪生物炭对萘的吸附过程主要为化学吸附,而且是多层吸附,其中,700℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附机制主要是疏水作用,而300℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附机制主要为分配作用。     

Phase-field simulation on microstructure evolution of D0_(19) phase in γ/γ′structure of Co–Al–W superalloys

The morphological evolution and precipitation kinetics of γ′ and D0_(19)(Co_3 W) phase in Co–Al–W alloys at 900 °C have been studied by applying Phase-field method and experiment in order to understand the transformation process of γ′ phase and D0_(19) phase. The growth processes of D0_(19) phase and precipitation of γ′ phase under elastic fields were simulated through coupling with thermodynamics and dynamics databases. The simulation results indicate that the misfit δ≥ 0.53% has a greater impact on γ′ particle morphology in γ/γ′ structure.Co–Al–W alloy with low Al and high W is one of the factors to promote the precipitation of D0_(19) phase. Three stages during aging, namely the γ′ phase incubation stage, the γ′ phase fast nucleation and growth stage, and the transformation from γ′ phase to D0_(19) phase stage can be observed with the non-constant coarsening rate that varying with the decrease of γ′ phase. The particle size distribution(PSD) during the precipitation of D0_(19) phase is more in line with MLSW theory than LSW theory. This simulation results are in good agreement with the experiment results to help analyze microstructure evolution of Co–Al–W alloy.