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[硕士论文] 邢丹
冶金物理化学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着工业化的快速发展,水体重金属离子污染造成了严重的环境问题。利用石墨烯基复合材料作为吸附剂去除废水中重金属离子污染是近年来发展起来的一种安全、简便、高效的水处理新技术。
  本研究以胺基改性的磁性氧化石墨烯(MGO-NH2)为载体,乙二胺(EDA)和丙烯酸甲酯(MA)为功能单体,利用逐代接枝法和磁分离技术,在MGO-NH2表面分别接枝G0.5、G1.0、G1.5、G2.0、G2.5、G3.0、G3.5和G4.0聚酰胺-胺(PAMAM)树枝状高分子,制备磁性氧化石墨烯接枝PAMAM树枝状高分子(MGO-PAMAM)。利用透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、元素分析仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、热重分析仪(TGA)、振动样品磁强计(VSM)和Zeta电位仪对所制备样品的形貌、结构和性能进行了表征分析。最后利用批次实验的方法研究了 MGO-PAMAM对水溶液中 Hg(II)、Ag(I)和Pb(II)的吸附性能,考察了 PAMAM接枝代数、重金属离子初始浓度、溶液pH值、吸附时间和温度等因素对MGO-PAMAM吸附性能的影响,采用准一级、准二级动力学模型以及颗粒内扩散模型研究了其吸附动力学,采用 Langmuir、Freundlich、Temkin和Dubinin-Radushkevich等温吸附模型研究了其等温吸附过程,并进一步探究了其吸附原理。结果表明,不同代数的PAMAM被成功地接枝在了 MGO-NH2载体上,其中表面接枝 G3.0 PAMAM树状高分子的 MGO-NH2(MGO-PAMAM-G3.0)对Hg(II)、Ag(I)和Pb(II)的吸附量最大,其最大吸附量分别为113.71 mg·g-1、52.06 mg·g-1和36.96 mg·g-1。其吸附动力学更加符合准二级动力学模型,吸附等温线更加符合 Langmuir等温模型。MGO-PAMAM-G3.0对水溶液中的 Hg(II)、Ag(I)和Pb(II)的吸附以发生在均质表面的单层化学吸附为主。在吸附过程中MGO-PAMAM-G3.0将 Hg(II)和 Ag(I)分别还原为 Hg(I)和单质Ag,将 Pb(II)仅络合在其表面。此外, MGO-PAMAM具有良好的磁性能,比饱和磁化强度能够满足吸附后固液分离的要求。
[硕士论文] 葸雄宇
冶金物理化学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:在信息技术迅速发展的时代,大量电子设备被广泛应用,与此同时会产生大量电磁波辐射,从而严重影响人们的正常生活,因此,对吸波材料的研究具有非常重要的实际意义。运用吸波材料不仅能够减少电磁波对人类的伤害,而且在武器装备方面可以弥补隐身方面的不足,增强军队的作战能力。由于影响吸波材料吸波性能的因素较多,研究过程中需要克服很多困难,仅仅依靠传统的方法和实验已经无法满足日益增长的科研需要。因此,应用计算机辅助研究可以减少实验的盲目性、节约成本、提高研究的效率。
  本文引入传输线理论方法对电损耗型吸波剂和磁损耗型吸波剂的理想电磁参数区域进行了模拟研究,并通过制备PANI/Fe3O4纳米复合材料对模拟结果进行验证。以电损耗型吸波剂为研究基础,根据传输线理论模拟获得给定条件下的复介电常数的理想电磁参数区域,预测吸波剂在不同频段下的吸波性能并找到吸波剂改性的方向。并考察厚度(d)、频率(f)、反射率(R)等因素对理想电磁参数区域的影响。用硬模板法制备得到了平均粒径约为800 nm的PANI中空微球,通过矢量网络分析仪测试其电磁参数。将测试的结果与模拟结果相结合进行分析,找到提高电损耗型 PANI电磁参数的方向进行改性,以提高其吸波性能。同样的道理得到了磁损耗型吸波剂复磁导率的理想电磁参数区域,并分析厚度(d)、频率(f)、反射率(R)等因素对理想电磁参数区域的影响。结果表明,纯的PANI具有较高的电损耗而磁损耗较低,电磁匹配程度较差,吸波性能不理想。结合模拟结果和实验数据得到改善PANI电磁匹配特性的方向是提高其磁损耗的能力,在中空结构 PANI表面负载 Fe3O4后,复合材料的介电损耗降低,磁损耗增加,使得介电损耗角正切(tanδε)和磁损耗角正切(tanδμ)相接近,电磁匹配特性得到改善,上述实验结论与模拟结果相吻合。
[硕士论文] 李国洲
冶金物理化学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:镍渣是镍冶炼过程排放的一种工业废渣,含有铁、镍、钴、铜等多种有价金属。为了实现镍渣中铁资源的高效回收再利用,本课题以金川公司闪速炉水淬镍渣为研究对象,采用熔融改质氧化的方法,通过加入氧化钙对镍渣进行改质,通入空气进行弱氧化,控制降温及保温条件,使得镍渣中铁组元以磁铁矿相的形式析出,然后通过磁选将磁性物质与非磁性物质分离。本文研究了镍渣碱度、冷却速率、保温时间及保温温度对熔渣性能变化以及磁铁矿相晶体形貌的影响规律,建立了磁铁矿相析晶动力学模型,探索熔融改质镍渣中磁铁矿相的析出长大的行为。
  本研究主要内容包括:⑴通过对镍渣的成分及物相进行分析得知,Fe含量约为39.91%,同时含有少量的 Ni、Co、Cu等有价金属。其中的主要物相为板条状的铁橄榄石相(Fe2SiO4)及铁镁橄榄石相[(Fe, Mg)SiO4]。通过熔融改质氧化的方法可以实现镍渣中的铁以磁铁矿相(Fe3O4)的形式富集,且发现渣中的 Ni、Co、Cu元素同时富集于磁铁矿相中。⑵通过加入改质剂氧化钙(CaO),研究了碱度对熔融改质镍渣中磁铁矿相析出与长大过程的影响规律。结果表明:适宜的碱度有利于磁铁矿相的析出长大,当碱度为0.6时,渣中的主要物相为磁铁矿相,呈不规则的颗粒状,分布较为均匀,且结晶量最大,可达到36.3%。⑶研究温控制度对磁铁矿相析出与长大过程的影响。结果表明:随着冷却速率的减小,氧化渣样中的物相组成没有明显变化,但磁铁矿相的晶粒尺寸和结晶量都明显增大,且晶体发育完整,晶界清晰,结合实际生产效率,冷却速率在3~5℃/min较为适宜。保温过程对磁铁矿相析出长大过程影响显著,随着保温时间的增长,熔渣长时间处于磁铁矿相的结晶温度范围内,使磁铁矿相有充分的时间析出长大,保温20min时,熔渣中磁铁矿相充分析出;随着保温温度的降低,磁铁矿相的结晶量逐渐增大,说明适宜的过冷度有利于磁铁矿相的析出,温度为1350℃时,磁铁矿相析出效果较好;在1350~1400℃,磁铁矿相等温结晶动力学过程可近似用JMAK经验方程描述,并通过方程可求得晶体生长指数n≈0.5,析晶活化能E=-178.3kJ/mol。
[硕士论文] 秋虎
冶金物理化学 兰州理工大学 2017(学位年度)
摘要:本文采用原位聚合法制备聚吡咯/Fe3O4(PPy/Fe3O4)和 Fe3O4@聚吡咯@聚苯胺(Fe3O4@PPy@PANI)复合材料。用透射电子显微镜(TEM),X射线衍射仪(XRD),傅里叶红为光谱仪(FT-IR),振动样品磁强计(VSM),矢量网络分析仪(VNA)对PPy/Fe3O4和 Fe3O4@PPy@PANI的微观形貌、结构、物相组成和电磁性能进行测试表征。
  本研究主要内容包括:⑴采用一锅法成功合成PPy/Fe3O4,通过改变聚乙烯醇(PVA)的添加量,研究了聚乙烯醇与吡咯的不同质量比对 PPy/Fe3O4吸波性能的影响规律。结果表明:在聚乙烯醇的作用下 PPy/Fe3O4微观形貌比较规整且分散均匀,聚乙烯醇与吡咯单体之间形成氢键促使吡咯单体聚合成球形聚吡咯纳米颗粒。在同一体系中,未参加反应的 Fe3+和反应生成的 Fe2+在碱性条件下反应生成10 nm左右的 Fe3O4颗粒,且较均匀的负载在 PPy上。当聚乙烯醇与吡咯的质量比为3/4,样品厚度为3.0 mm时,在频率为7.7 GHz处反射损耗达到最小值-41.3 dB,且小于-10 dB的频宽为2.0 GHz。PPy/Fe3O4纳米复合材料对电磁波损耗主要由干涉相消、自然共振和涡流损耗引起的。⑵用PPy对溶剂热法制备的Fe3O4纳米颗粒进行表面修饰,用PANI调控Fe3O4@PPy复合材料的电磁组成,合成 Fe3O4@PPy@PANI复合吸波材料,通过调节苯胺与 Fe3O4@PPy质量比,研究了苯胺壳层厚度对 Fe3O4@PPy@PANI吸波性能的影响规律。当苯胺与 Fe3O4@PPy质量比为0.25,厚度为4.0 mm时,在频率为6.7GHz处反射损耗最小值达到-39.2 dB,当苯胺与Fe3O4@PPy的质量比值为0.5,厚度为2.0 mm时,反射损耗小于-10dB的频宽达到4.6GHz。
[硕士论文] 姜晓明
冶金物理化学 江苏科技大学 2016(学位年度)
摘要:燃煤电厂的NOx排放是我国烟气污染物治理的重点。选择性催化还原(SCR)以其脱硝效率高、运行稳定、系统装置简单等优点被广泛采用。烟气脱硝装置在工程实际中需要解决的首要问题是如何使系统内还原剂氨与烟气中污染物NOx充分接触反应,从而提高SCR系统的脱硝效率。
  本文采用模拟仿真与理论分析相结合的方法,主要工作内容如下:
  首先阐述了SCR脱硝技术反应机理,然后利用CFD软件建立脱硝系统模型结构并对其进行仿真计算,在BMCR(锅炉最大蒸发量)工况下,模拟分析了添加导流结构(导流板和整流格栅)对脱硝系统流场和浓度场的影响。之后论证了最优模拟方案在变工况下运行的可行性。最后根据尿素喷氨系统中液滴雾化中破碎复杂过程,模拟分析了在不同喷嘴出口压力工况下,喷嘴及出口区域流场和氨浓度场的分布。
  研究结果表明:脱硝系统内烟气流速和氨浓度的分布规律随着整流格栅角度的变化不同,流速不均匀性随角度的增大呈先降后升的趋势,而氨浓度不均匀性随角度的增大而减小。为兼顾流场和浓度场,同一工况下存在最佳的角度。在变负荷运行工况时,随着负荷的降低,角度为30°的整流格栅开始对反应器内流场起抑制作用,流速不均匀系数逐渐增大;而氨浓度不均匀系数随着负荷的降低而不断减小,利于催化还原反应的进行。在脱硝系统三个直角拐角处采用渐缩圆弧过度转角,等间距布置3片渐缩型圆弧导流板;在反应器入口水平烟道拐角处采取梯形式等间距布置3片1/4圆弧导流板;在SCR反应器入口处,整流格栅与水平方向成30°,在BMCR工况下为最优设计方案。这时第一层催化剂来流速度不均匀系数为8.27;第一层催化剂来流氨浓度不均匀系数为9.53。此外,该方案在不同运行工况下均满足技术要求,因而该方案适用于机组的变负荷运行。在不同的喷嘴压力条件下,增加喷嘴压力,入口速度显著提高,喷嘴的射程变大,但同时气体旋流特性强度会减弱,喷雾锥形变小;喷雾液滴基本沿着喷嘴轴线方向呈锥形对称分布,随着与喷嘴距离的增大,液滴粒子逐渐减小直至破碎,且液滴的分布更加分散;当喷嘴压力在0.3~0.4 MPa时,雾化均匀性最好。
[硕士论文] 杨裕松
冶金物理化学 贵州大学 2016(学位年度)
摘要:论文通过对软锰矿烧结烟气干法脱硫进行实验研究,对软锰矿烧结烟气干法脱硫过程发生的气固化学反应进行研究,揭示气固反应的相关反应机理,为软锰矿应用于烧结烟气脱硫提供理论依据和指导。
  本文在实验室利用压缩空气和纯二氧化硫气体混合成模拟烟气,采用低品位软锰矿进行烧结烟气干法脱硫的影响实验,考察了烧结烟气温度、气体流速和SO2浓度因素对脱硫率的影响。结果表明:软锰矿烧结烟气干法脱硫脱硫率随烧结烟气温度的升高而增加,随着烧结烟气气体流速的增加而减少,对于间歇式操作,随着进气口二氧化硫浓度的增加而减少。脱硫率均可达到70%左右,在高温低SO2浓度的情况下能够实现达标排放。
  同时,采用模型法对软锰矿烧结烟气脱硫气固反应进行研究,得出:软锰矿烧结烟气脱硫气固反应的动力学模型为三维扩散球对称模型(D4),烧结烟气脱硫气固反应过程与化学反应无关,扩散环节为控制性环节;软锰矿烧结烟气脱硫气固反应的动力学模型方程为:(此处为公式)
  通过对软锰矿烧结烟气干法脱硫气固反应的研究,软锰矿烧结烟气脱硫可以适当减小软锰矿粒径的大小,增大软锰矿空隙直径等来减少扩散阻力对反应的影响,从而增加反应速率,提高脱硫率。
[硕士论文] 黄涛
冶金物理化学 江苏科技大学 2016(学位年度)
摘要:随着科学技术的发展,工业产品设备尤其是电厂锅炉、冶金能源设备如高炉炼铁的水冷壁等对换热特性要求越来越高,对换热能力优异的换热设备的需求越来越明显。而相变换热作为一种相对有效的换热方式,在换热设备中应用较为广泛。热管换热性能优异,其通过内部工质相变带走热量,因此工质对热管换热性能起主导作用。而对热管的研究一般分为两个方面:一方面是针对管内的换热工质即本课题的纳米流体;另一方面则以研究吸液芯即管内多孔介质为主。纳米流体的粘性系数、导热系数、热扩散系数和对流换热系数相对于纯基液均有显著增加,这些特性使得纳米流体成为新型相变换热工质。多孔介质密度小、孔隙率高、比表面积大,具有很多优异的特性,因此研究多孔介质内纳米流体的流动相变换热机理具有了重要的意义。本文针对多孔介质及纳米流体进行了数值模拟,采用从介观角度出发的格子Boltzmann方法(LBM),对多孔介质内纳米流体流动过程的不同阶段的换热过程进行模拟分析,探究其流动换热机理。本文主要研究工作如下:
  (1)采用Guo等提出的耦合的双分布格子Boltzmann模型,选用水及空气作为参照,模拟部分填充多孔介质的二维方腔内不同纳米流体自然对流换热的速度场与温度场,考察多孔介质孔隙率和无量纲厚度D以及不同的瑞利数Ra和达西数Da和不同的浓度对换热的影响规律。表明不同的Ra和分别存在一个临界瑞利数,且当Ra不同的时候,换热效果会呈现相反的趋势。多孔介质层的厚度非常薄或非常厚时,传热强度对厚度变化较为敏感。同时Da和对自然对流换热影响也比较大。
  (2)基于LI提出的纳米粒子模型,并结合Zeng的伪势模型,构造一个管内纳米流体中气泡流动沸腾的格子Boltzmann模型,选择体积浓度为3%的Al2O3-水基纳米流体流动沸腾过程中气核的生长、融合聚并及脱离过程进行数值模拟分析。考察了不同气泡间距及不同横向加速度a对气泡生长过程及管内换热效果的影响。表明气泡间距的减小和横向加速的增加均可以强化换热效果。
  (3)通过随机配置的方法构造一种符合多孔介质吸液芯结构的二维部分填充多孔介质结构模型,结合一种描述多孔介质中纳米流体气液相变过程的模型。模拟发现多孔介质内纳米流体作为换热工质,其沸腾强化换热能力强于纯液体,且在一定范围内,随着纳米颗粒直径的减小,纳米流体在部分填充的多孔介质腔内相变换热能力增强。
[硕士论文] 何文斌
冶金物理化学 贵州大学 2016(学位年度)
摘要:粉煤灰是煤炭没有完全燃烧在烟道聚集下来的细灰,大量存在火力发电厂,是一种工业的固体废弃物。工业的高速发展伴随着大量粉煤灰的出现,污染着我们的环境。然而粉煤灰中含有的大量有益元素可供我们回收,回收其中的硅、铝元素制备含铝白炭黑提高了粉煤灰的附加值而且保护了我们的生态环境。
  白炭黑主要成分是SiO2,一种疏松多孔的白色粉末。随着白炭黑的应用普及,种类发展越来越多,通过添加改性剂提高白炭黑的质量是一种有效途径。含铝白炭黑是一种高附加值的特殊白炭黑,应用范围广泛。
  本文主要研究了以电厂粉煤灰为原料,通过纯碱焙烧、浸出及沉积等过程一步法制备含铝白炭黑的新型工艺。本文重点研究了酸溶溶出液沉积制备含铝白炭黑和碱溶溶出液沉积制备含铝白炭黑两部分。
  酸溶溶出液沉积制备白炭黑部分主要考察了沉积pH,沉积温度,沉积转速和沉积时间等单因素对沉积效果和产品质量的影响,对沉积过程的机理进行分析,通过完成四因素三水平正交试验和验证试验得出最佳的沉积条件。最佳的沉积条件为:沉积 pH为7,沉积温度为60℃,沉积转速为200r/min,沉积时间为4h。在此条件下,二氧化硅的沉积率为93.25%;氧化铝的沉积率为68.44%;白炭黑中的二氧化硅含量为89.53%;氧化铝含量为8.3653%;吸油值为1.83ml/g。
  碱溶溶出液沉积制备含铝白炭黑部分主要考察了沉积 pH,沉积温度,沉积转速和沉积时间等单因素对沉积效果和产品质量的影响,对沉积过程的机理进行分析,通过完成四因素三水平正交试验和验证试验得出最佳的沉积条件。最佳沉积条件为:沉积pH为8、沉积温度为70℃、沉积转速为200r/min、沉积时间为4h。在此条件下,二氧化硅的沉积率为93.48%;氧化铝的沉积率为72.34%;白炭黑中的二氧化硅含量为84.68%;氧化铝含量为8.51%;吸油值为2.02ml/g。
  酸溶溶出液调节pH沉积,硅酸粒子间通过氢键形成硅酸链,煅烧后多为非晶型SiO2,中性以后一部分硅酸聚合物离解成单体硅酸有晶型良好的SiO2出现。碱溶溶出液调节pH沉积,先是生成单体硅酸分子,煅烧后得到结晶度较好的SiO2,随着酸的加入大部分硅酸的团聚在一起,少部分硅酸聚合成硅酸二聚体,煅烧后生成少量非晶型SiO2。温度、转速和时间,对硅酸粒子的聚合影响并不显著。
[硕士论文] 雷玉办
冶金物理化学 贵州大学 2016(学位年度)
摘要:铝酸钠溶液晶种分解是拜耳法生产氧化铝的关键工序之一,它直接影响产品的强度、粒度等技术经济指标。以往的研究重点是研究温度、浓度、种子比等对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响。随着国家对传统产业提高工艺水平的要求和日益激烈的市场竞争,探索研究降低氧化铝生产成本的有效途径具有重要意义。
  本文通过系统的研究晶种反应搅拌强度对铝酸钠溶液晶种分解过程的影响,得到以下结论:
  (1)在苛碱浓度175g/L,固含800g/L,精液分子比1.45,反应温度53℃下测得铝酸钠溶液晶种分解反应的活化能达到74.81kJ/mol,表明铝酸钠溶液晶种分解反应的控制步骤是化学反应为主导。
  (2)设计单出料管微扰动平推流种分槽并由CFD计算模拟结果表明:在种分槽底部处于微扰动状态下(桨叶直径D2=0.6D1,转速n=4.73rpm),可以满足工业流速范围内(1000~1400m3/h)浆料的顺畅传输。
  (3)实验室研究说明在本论文研究的浓度和固含范围内和浆液循环条件下铝酸钠溶液晶种分解率随搅拌强度变化率很小。
  (4)工业试验说明采用微扰动晶种分解在一段式分解工艺流程上的试验结果与实验室相符,可实现大幅降低分解装备能耗。
[硕士论文] 匡步肖
冶金物理化学 武汉科技大学 2016(学位年度)
摘要:用于本次研究的钢材,Cronidur(⑧)30,是一种高间隙原子的不含锰镍的不锈钢。它通常应用于淬火和回火状态。本次研究工作的第一部分重点集中在通过高温固溶退火来使材料获得全奥氏体显微结构。为了达到这个目的,对材料进行了热膨胀法来研究合金的相变行为,尤其是在不同温度下固溶退火后,Ms温度变化。随着固溶退火温度从950℃上升到1150℃,Ms温度从大约275℃下降到室温。相应地,合金中奥氏体的含量也随着退火温度的上升而增加。
  为了研究Cronidur(⑩)30的拉伸性能,原始合金材料首先被放置在1250℃条件下进行了5min退火处理(系列1),然后在25-230℃的温度范围内进行拉伸测试。拉伸曲线表明,合金材料的伸长率随着拉伸温度的上升而增大。拉伸测试结束后,对拉伸试样用光显微镜进行了观察。显微图片和表面硬度测试结果观察到了,在拉伸试样的表面存在一个马氏体层。由于这个马氏体层的形成,使得拉伸试验结果没有达到预期效果。
  为了得到理想的拉伸效果,即在热处理过程中,必须减少试样的脱碳和脱氮效应,从而在试样表面抑制或者消除马氏体的产生,另一批原始合金材料首先在1240℃下进行了2min的退火处理(系列2)。通过更快的加热速度达到1240℃退火温度,减少了材料的脱碳脱氮效应。在25-230℃温度下进行了拉伸试验之后,试样的拉伸伸长率在较高的拉伸温度下得到了增长。这个现象在系列1的实验结果中也得到了展现,不同的是,系列2的试样具有更大的伸长率和较低的强度等级。随着拉伸温度的升高,由于形变驱动力的减小(高层错能),形变诱发的马氏体的生成得到了抑制。而形变诱发马氏体的延后形成,导致了拉伸延展性的加强。
  XRD和EBSD测试被用来研究在高温下延展性得到加强的背后机理。显而易见的是,在拉伸试验过程中,试样内部没有ε马氏体的形成。在230℃下拉伸后,奥氏体中出现了孪晶变形。在系列2的试样中观测到了更多的孪晶,因为这个系列的试样具有更大的伸长率。形变孪晶的出现表明了甚至是在230℃高温拉伸条件下,试样中也存在高滑移平面。
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