低湿CO2/H2O混合气体吸附特性实验

CO₂捕集、封存及利用是实现“双碳”目标的重要途径,为将碳捕集后的低湿CO₂/H₂O进行CO₂提纯和资源化利用,采用动态吸附实验研究了不同温度（303K、313K）、H₂O含量（0.7%~3.0%）的CO₂/H₂O在活性炭、活性氧化铝、分子筛3A和13X四种吸附剂上的动态吸附穿透曲线、吸附床温度分布、吸附量,分析了CO₂/H₂O分离系数和吸附热。结果表明,在CO₂/H₂O动态吸附过程中,吸附床温度与各组分浓度随时间变化趋势相同。H₂O饱和时间随进气温度升高而缩短;H₂O含量增加,抑制CO₂吸附;活性炭和氧化铝中H₂O的饱和时间随H₂O含量增加而增长,但分子筛3A和13X饱和时间缩短。H₂O吸附量随H₂O含量增加而增加,吸附热随吸附量增加而减小,CO₂则相反。分子筛3A对CO₂吸附量最小且CO₂/H₂O分离系数最大。H₂O含量小于1%时,CO₂吸附量最大的分子筛13X分离系数大于活性氧化铝,分子筛3A和13X适合分离低湿CO₂/H₂O。     

MgCO3·3H2O晶须的制备及其生长机制的研究

以MgCl₂·6H₂O和NH₄HCO₃为原料,CH₃COONa·3H₂O为形貌控制剂,采用沉淀结晶法制备MgCO₃·3H₂O晶须,考察了不同添加量的CH₃COONa·3H₂O对晶须结晶过程和形貌的影响,并研究了晶须在该体系中的生长机制。结果表明：当体系中加入质量分数为0.23%的CH₃COONa·3H₂O时可以成功制备长径比约为30的棒状MgCO₃·3H₂O晶须,CH₃COONa·3H₂O的存在促进了MgCO₃·3H₂O晶须的形成。该体系中晶须的生长过程：首先形成无定形的4MgCO₃·Mg（OH）₂·4H₂O,之后无定形4MgCO₃·Mg（OH）₂·4H₂O逐渐转变为MgCO₃·3H₂O并生长成较大长径比的棒状MgCO₃·3H₂O晶须。这是因为CH₃COONa·3H₂O电离产生的Na ⁺选择性吸附在MgCO₃·3H₂O晶体轴向的（101）晶面,抑制了该晶面生长,而径向晶面生长速率未受到影响,从而促使无定形MgCO₃·3H₂O生长成棒状晶须。     

Na2S2O3·5H2O复合材料的制备及循环稳定性能

为了解决Na₂S₂O₃·5H₂O存在的过冷度过大导致不结晶的问题,提高复合相变材料的循环稳定性并抑制相分离现象,以CaSO₄和1-萘酚（C₁₀H₈O）为成核剂;聚丙烯酸钠（PAAS）和羧甲基纤维素钠（CMC）为增稠剂进行改良,通过步冷曲线和差示扫描量热法（DSC）对复合相变材料进行了研究。实验结果表明：加入质量分数为1%和5%的CaSO₄、0.5%和3%的C₁₀H₈O对Na₂S₂O₃·5H₂O有较好的成核作用。萘酚体系在加入增稠剂后降温冷却时不出现结晶现象。对于CaSO₄体系,增稠剂PAAS效果优于CMC,Na₂S₂O₃·5H₂O+1%CaSO₄+2%PAAS复合材料相变温度47.7℃,相变潜热为200.4J/g;Na₂S₂O₃·5H₂O+5%CaSO₄+2%PAAS复合材料相变温度48.2℃,相变潜热为213.4J/g;经过100次高低温循环后,1%CaSO₄的复合材料相变温度47.6℃,相变潜热为192.4J/g,相较循环前相变潜热降低了3.99%。5%CaSO₄的复合材料相变温度47.8℃,相变潜热211.2J/g,相比循环前下降1.03%。5% CaSO₄体系较优于1% CaSO₄体系,循环前后潜热值、相变温度变化不大,循环稳定性良好。     

四元体系CaCl2-CaSO4-CaB6O10-H2O 308.15 K相平衡研究

采用等温溶解平衡法研究了四元体系CaCl₂-CaSO₄-CaB₆O₁₀-H₂O在308.15 K下的稳定相平衡。测定了该体系的溶解度及平衡溶液的物化性质(包括折射率、密度和pH)。根据实验数据，分别绘制了该四元体系的干基图、水图以及相应的物化性质–组成图。研究结果表明：该体系在308.15 K时有1个共饱点(CaCl₂·4H₂O + CaSO₄·2H₂O + CaB₆O₁₀·5H₂O)，3条单变量溶解度曲线，3个单盐结晶区,分别对应于CaCl₂·4H₂O、硬石膏(CaSO₄·2H₂O)和高硼钙石(CaB₆O₁₀·5H₂O)。其中，硬石膏CaSO₄·2H₂O结晶区最大、高硼钙石CaB₆O₁₀·5H₂O结晶区次之，而CaCl₂·4H₂O结晶区最小，表明硬石膏最易于结晶析出。此外，该四元体系在308.15 K下没有复盐和固溶体生成，属于简单水合物I型。平衡液相的物化性质随着CaCl₂浓度的增大呈规律性变化，并在共饱点处发生转折。其中，折射率和密度的变化规律相近，而pH的变化规律则与之相反。对该四元体系的稳定相平衡进行研究，将为综合开发利用油田卤水中的钙、硼等资源提供理论依据。     

常压盐溶液-丁二酸转晶体系中pH对α-CaSO4·0.5H2O的影响

以磷石膏为原料,丁二酸为转晶剂,采用常压盐溶液法制备α-CaSO₄·0.5H₂O的体系中,在温度为103 ℃、反应时间为3 h、丁二酸掺量为0.05%（质量分数）、氯化钠质量分数为15%的条件下研究pH对制备α-CaSO₄·0.5H₂O的影响。结果表明：当pH为7.0~9.0时,可以得到长径比为1∶1~3∶1的短柱状α-CaSO₄·0.5H₂O晶体。FT-IR和XPS表征结果显示,合适的pH条件下,丁二酸电离出适量的羧酸根离子吸附于α-CaSO₄·0.5H₂O晶体晶面上与钙离子络合,减缓了α-CaSO₄·0.5H₂O晶体在晶面上的生长速度,减小了晶体长径比。XRD和TEM表征结果证实,羧酸根离子吸附于α-CaSO₄·0.5H₂O晶体的（204）晶面上与钙离子络合。     

由盐酸法浸出磷矿的氯化钙溶液制备CaSO4·2H2O晶须

建立了以盐酸法磷酸产生的氯化钙溶液为原料,在常压、较低温条件下（T<90 ℃）制备硫酸钙（CaSO₄·2H₂O）晶须的方法。考察了不同晶形控制剂对所制备CaSO₄·2H₂O晶须的形貌和长径比的影响,并利用扫描电镜和X射线衍射对样品做了分析和表征。筛选并确定了十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）为较适宜的晶形控制剂,通过对DTAB用量、反应温度、Ca²⁺浓度等条件的优化,确定最佳的工艺条件：DTAB用量为3%（质量分数）、反应温度为90 ℃、Ca²⁺浓度为0.1 mol/L、反应时间为25 min、钙硫比（钙离子与硫酸的物质的量比）为1:1.1。此条件下,所制备的CaSO₄·2H₂O晶须长径比可达130,晶须沿平行于（040）晶面的法线方向优先生长,样品的（020）、（040）晶面衍射峰的相对强度明显增强,并依据螺旋生长定理对晶形控制剂作用机制做了初步探讨。     

不同烟气组分对粉状活性焦吸附汞的影响机理

在模拟燃煤热烟气为热源和介质条件下，以准东褐煤为原料，通过一维沉降炉进行炭化活化（一步法）制备粉状活性焦，考察了活性焦对Hg⁰的吸附能力，探索了SO₂、H₂O、O₂、CO₂、H₂O+O₂、SO₂+O₂及H₂O+SO₂+O₂气氛对活性焦吸附Hg⁰的影响机理。结果表明：一步法获得的活性焦对Hg⁰具有较高的吸附性能。N₂气氛作对比，H₂O、H₂O+O₂、CO₂和SO₂气氛下抑制活性焦对Hg⁰的吸附；O₂、SO₂+O₂和H₂O+SO₂+O₂促进活性焦对Hg⁰的吸附。通过Hg 4f的XPS分析证明了不同气氛组成对活性焦吸附Hg⁰的抑制和促进机理。H₂O覆盖在活性焦活性位上和堵塞孔隙而抑制活性焦对Hg⁰的吸附；SO₂与Hg⁰在活性焦上发生竞争吸附而抑制对Hg⁰的吸附；CO₂ 吸附在活性焦微孔上而抑制对Hg⁰的吸附；O₂气氛下主要形成了HgO, SO₂+O₂气氛下Hg⁰被氧化成HgSO₃，进一步氧化成HgSO₄； H₂O+SO₂+O₂气氛下，Hg⁰被氧化成HgO和HgSO₄。     

污泥深度脱水调理剂对污泥干化过程中含硫气体释放的影响

采用5种复合调理剂改善污泥脱水性能,制得深度脱水泥饼。通过检测N₂气氛下,不同干化温度（100℃、200℃）,停留时间（30 min、60 min）时,不同调理脱水污泥含水率的变化情况,以及含硫气体的种类和释放量,探讨不同调理剂对干化过程中含硫气体释放特性的影响。结果表明,提高温度、延长时间都可以有效降低污泥的含水率;原污泥干化过程释放的主要含硫气体为H₂S和SO₂,其总量占含硫气体的82.4%;FeCl₃+CaO和H₂SO₄+FeSO₄+H₂O₂+CaO复合调理剂调理脱水泥饼在干化过程中SO₂释放量占原污泥释放量的40.3%和40.6%,H₂S则基本没有释放;H₂SO₄+FeSO₄+H₂O₂+CaO调理脱水污泥在100℃和200℃干化过程中的总硫释放量分别占原污泥总释放量的75.0%和45.6%,该复合调理剂在有效提高污泥脱水性能的基础上,能最大限度地抑制含硫气体的释放。     

四元体系（Li+， Mg2+//Cl-， borate-H2O）308.15 K相平衡与相图研究

采用等温溶解平衡法,开展四元体系Li⁺, Mg²⁺//Cl^-, borate–H₂O固液相平衡与相图研究,测定平衡溶液的液相组成、密度、折射率和pH。该四元体系相图中存在的盐类矿物为：LiCl·H₂O、Li₂B₄O₇·3H₂O、 MgCl₂·6H₂O、Mg₂B₆O₁₁·15H₂O和锂光卤石LiCl·MgCl₂·7H₂O,其中锂光卤石LiCl·MgCl₂·7H₂O是异成分复盐,溶液中MgCl₂存在下章氏硼镁石（MgB₄O₇·9H₂O）不稳定,转化为多水硼镁石（Mg₂B₆O₁₁·15H₂O）。多水硼镁石结晶区最大,表明镁硼酸盐易于结晶析出,而锂光卤石结晶区最小。采用Pitzer热力学模型对该四元体系的溶解度进行理论预测,计算相图与实验相图吻合较好。该四元体系的稳定相平衡与相图研究,可为含锂硼盐湖老卤中锂、镁、硼产品开发及其综合利用提供理论依据。     

羧酸改性HKUST-1提高甲烷吸附容量

为提高吸附材料对甲烷的吸附容量,采用溶剂热法合成了金属有机骨架材料HKUST-1,并进行了改性研究。HKUST-1的优化合成工艺条件为：原料摩尔比n（Cu（NO₃）₂·3H₂O）：n（H₃BTC）：n（DMF）：n（C₂H₅OH）：n（H₂O）=1.7：1：46：60：100,晶化温度为80℃,晶化时间24 h。合成HKUST-1在25℃、3.5 MPa下的甲烷吸附容量为11.9 mmol/g。乙酸改性HKUST-1可以提高甲烷吸附容量,当反应母液中V_HAc/V_solvent=5.8%时,合成HAc-HK-1（5.8%）的甲烷吸附容量达到12.6 mmol/g。分子模拟结果表明,加入乙酸可以调控HKUST-1晶体孔道结构,增大比表面积和孔容,提高甲烷吸附容量。     

Chemical dehydration coupling multi-effect evaporation to treat waste sulfuric acid in titanium dioxide production process

In order to concentrate the diluted sulfuric acid from the titanium dioxide(TiO_2) production of sulphate process,a new concentration process was proposed by coupling chemical dehydration and multi-effect evaporation. The ferrous sulfate monohydrate(FeSO_4·H_2O), as the dehydrant, was added to the diluted sulfuric acid to form ferrous sulfate heptahydrate(FeSO_4·7H_2O) according to the H_2SO_4-FeSO_4-H_2O phase diagrams, which partially removes the water. This process was named as Chemical Dehydration Process. The residual water was further removed by two-effect evaporation and finally 70 wt% sulfuric acid was obtained. The FeSO_4·H_2O can be regenerated through drying and dehydration of FeSO_4·7H_2O. The results show that FeSO_4·H_2O is the most suitable dehydrant, the optimal reaction time of chemical dehydration process is 30 min, and low temperature is favorable for the dehydration reaction. 45.17% of the entire removed water can be removed by chemical dehydration from the diluted sulfuric acid. This chemical dehydration process is also energy efficient with 24.76% saving compared with the direct evaporation process. Furthermore, 51.21% of the FeSO_4 dissolved originally in the diluted sulfuric acid are precipitated out during the chemical dehydration, which greatly reduces the solid precipitation and effectively alleviates the scaling in the subsequent multi-effect evaporation process.     

KBaB5O9的两步法制备及其过程动力学研究

本文利用溶液法制备了K₂Ba[B₄O₅(OH)₄]₂·8H₂O,并将其进行热处理制备得到了KBaB₅O₉,利用XRD、FT-IR、TG-DTA-DTG对样品进行了表征。分析研究了由K₂Ba[B₄O₅(OH)₄]₂·8H₂O热处理制备KBaB₅O₉过程中的物相变化过程,其物相变化经历脱结晶水、脱羟基、重结晶、再分解、熔融再结晶5个阶段,其中结晶水的脱失分两步进行。运用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法、Šatava-Šesták法对K₂Ba[B₄O₅(OH)₄]₂·8H₂O结晶水第二步脱失过程的动力学参数进行了计算,可知K₂Ba[B₄O₅(OH)₄]₂·8H₂O结晶水第二步脱失过程的活化能E_s为151.94 kJ/mol,指前因子的对数值lg A_s为21.25 min^-1,机理函数G(α)=(1-2α/3)-(1-α)^2/3(其中α为转化率)。     

Direct synthesis of single-phase α-CaSO4·0.5H2O whiskers from waste nitrate solution

Single-phase α-CaSO₄·0.5H₂O whiskers were directly synthesized from waste Ca(NO₃)₂ solution using a hydrothermal method, and HNO₃ was synchronously regenerated. The effects of reaction temperature and Ca²⁺ concentration on the phase composition and morphology of products were determined by X-ray diffraction and optical microscopy. On the basis of the experimental results, the formation diagram of α-CaSO₄·0.5H₂O was plotted within the range of 5-35 g·L^-1 Ca²⁺ and 115℃-150℃. In addition, the conditions of the direct synthesis of α-CaSO₄·0.5H₂O were determined. Well-crystallized, single-phase α-CaSO₄·0.5H₂O whiskers with high aspect ratios (length, 1785 μm; diameter, 10.63 μm; aspect ratio, 168) and HNO₃ (70.25 g·L^-1) were obtained at the optimal conditions of 25 g·L^-1 Ca²⁺ and 125℃.     

水合硝酸镁热解过程研究

水合硝酸镁是红土镍矿硝酸湿法冶金工艺中产生的副产品,其资源化利用是决定湿法冶金工艺绿色化工艺链条贯通的关键环节之一。水合硝酸镁热解生产氧化镁是其资源化利用最具潜力的发展方向。为此,以稳定的硝酸镁水合物——六水硝酸镁为实验物料,采用热重分析（TG-DTG）、红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和差示扫描量热分析（DSC）等技术手段研究了其热解基本过程,旨在为水合硝酸镁资源化工艺参数的确定提供理论支撑。研究结果表明,水合硝酸镁热解过程可以分为脱水和分解两个阶段：脱水阶段,六水硝酸镁在68~170 ℃失去4个结晶水生成二水硝酸镁,二水硝酸镁在170~389 ℃失去2个结晶水生成无水硝酸镁;分解阶段,无水硝酸镁在389~510 ℃分解生成氧化镁、二氧化氮和氧气。六水硝酸镁热解过程是一个吸热反应,其反应热约为940.50 J/g。     

Al3+、Na+和Mg2+对二水硫酸钙结晶的影响

采用CaHPO₄·2H₂O-H₂SO₄-H₃PO₄-H₂O体系模拟湿法磷酸生产过程,以磷矿浆成分为依据,在单因素条件下分别研究Al³⁺、Na⁺和Mg²⁺对结晶和CaSO₄·2H₂O水洗速率的影响。研究发现：添加Al³⁺有利于CaSO₄·2H₂O晶体粒径增加;添加Na⁺使得0.9% Na₂O含量的Na⁺引起CaSO₄·2H₂O晶体团聚,有利于水洗;Mg²⁺增加溶液黏度,严重影响晶体生长和水洗速率。通过X射线衍射、扫描电子显微镜对CaSO₄·2H₂O进行表征,发现其晶体生长符合非完整光滑突变界面模型,杂质离子影响反应速率和晶面生长速度。     

The formation of calcium sulfoaluminate hydrate compounds: Part I

The formation of ettringite (3CaO · Al₂O₃ · 3CaSO₄ · 32H₂O) and monosulfate (3CaO · Al₂O₃ · CaSO₄ · 12H₂O) from tricalcium aluminate (3CaO · Al₂O₃) and gypsum (CaSO₄ · 2H₂O) in sodium hydroxide (NaOH) solutions was investigated by isothermal calorimetry and X-ray diffraction analyses. Tricalcium aluminate/gypsum mixtures with a molar aluminate-to-sulfate ratio of 1:3 were hydrated at constant temperatures from 40 to 80°C in deionized water and 200 and 500 mM of NaOH solutions. Ettringite was the only crystalline phase ultimately formed between 40 and 80°C, regardless of whether hydration was carried out in deionized water or sodium hydroxide solutions. The rates of ettringite formation were retarded in sodium hydroxide solutions at all temperatures when compared to hydration in deionized water. The apparent activation energy for the conversion of the tricalcium aluminate/gypsum mixture to ettringite was observed to depend on the concentration of sodium hydroxide.