微细高岭石颗粒表面水化作用机理研究

为掌握微细高岭石颗粒表面水化作用机理,利用流变仪测定了微细高岭石在不同离子溶液中分散体系的黏度.基于爱因斯坦黏度方程,建立了矿物颗粒表面水化度测定方法,分析了Na+,K+,Ca2+,Mg2+等离子对高岭石颗粒表面水化度的影响规律.结果表明:高岭石颗粒表面水化度在去离子水中为131.895,在浓度为0.001,0.010,0.100mol/L不同离子溶液中分别为NaCl溶液中的160.714,123.397,109.834,KCl溶液中的141.761,106.171,93.071,CaCl_2溶液中的118.854,93.141,86.800和MgCl2溶液中的95.195,82.764,57.234,水化度随溶液中离子浓度的增加而逐渐减小,浓度较低时Na~+,K~+离子有利于水化膜的形成,颗粒表面水化度最高;煤泥水中常见阳离子对高岭石颗粒表面水化膜的弱化能力依次为:Na~+K~+Ca~(2+)Mg~(2+);溶液中的离子主要是通过改变颗粒表面扩散双电层内游离水的含量,使双电层中剪切面产生移动,从而改变颗粒表面水化膜的厚度.     

水分子在铵伊利石表面吸附的密度泛函研究

为实现黏土矿物颗粒界面疏水调控进而提高难沉降煤泥水处理效果,研究了水分子在铵伊利石表面的吸附机理.采用密度泛函理论方法对水分子在铵伊利石有晶格取代的(001)面和不存在晶格取代的(001)面上的吸附进行模拟计算.结果表明:水分子在(001)面吸附的最强活性点位于晶格取代原子Al成键的氧原子处,吸附最稳定的水分子垂直于有NH_4~+的硅氧环,并与NH_4~+和活性原子形成共2个氢键作用,吸附能为-0.67eV,且水分子有将NH_4~+拉离(001)面的趋势;水分子在(001)面的最稳定吸附主要是位于硅氧环空穴上方,水分子与表面氧原子形成3个氢键,吸附能为-0.41eV.2种最稳定吸附均存在微弱的静电吸附.选择合适的阳离子型疏水药剂与NH+4发生交换吸附,覆盖(001)面活性点,破坏水分子的稳定吸附,理论上可实现铵伊利石等黏土类矿物颗粒界面的疏水调控.     

浓度对NaCl水溶液影响的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法对温度为298K，浓度分别为0．87mol／L、2．2mol／L和4．1mol／L的NaCl溶液进行了研究，考察了浓度对溶液微观结构和动态性质的影响。模拟发现，浓度对离子近程水化的结构有一定的影响，随着溶液浓度的增加O-O径向分布函数变化显著，高浓度时水分子周围不再有明显的第二配位圈。MD模拟得到的溶液微观构型的图像显示，Na^ 水化圈内的水分子以氧原子靠近阳离子，Cl^-水化圈内的水分子以氢原子靠近阴离子。Na^ 的水化数随着溶液浓度的增加逐渐减小，Cl^-的水化数随着溶液浓度的增加逐渐变大，水分子在阴离子和阳离子的水化圈内的停留时间均随着电解质浓度的增加而增加。溶液浓度的增加，加剧了离子微观反向运动的振荡，自扩散系数降低。     

掺混合材和硫酸钠水泥石可溶出Na+的实验

目的 分析在掺加Na2SO4后,粉煤灰、矿粉、水泥以及不同粉煤灰、矿粉掺量的水泥石中不同水化龄期的可溶出Na+量,进而研究Na+对混凝土的潜在破坏性.方法 利用溶出法对不同水化龄期样品进行处理,再利用离子选择性电极法对样品中的可溶出Na+量进行化学分析,以此来研究对水泥石仍有影响的Na+量随水化龄期的变化.结果 Na2SO4掺量超过2%时,水化早期的可溶出Na+量有较大幅度的提高;在水泥、粉煤灰和矿粉中,固化Na+量最大的是粉煤灰;Na2SO4掺量2%时,胶凝材料中掺入粉煤灰可明显降低可溶出Na+量,胶凝材料中矿粉掺量越高可溶出Na+量越高.结论 使用Na2SO4时,应将用量控制在2%以下;水泥中复合粉煤灰可显著提高固化Na+的能力,粉煤灰的适宜掺量为30%;水泥中复合矿粉会降低固化Na+的能力.     

阴-非离子表面活性剂的结构性质

采用密度泛函理论中的B3LYP方法,在6-31+G(d)水平上对阴-非离子型表面活性剂正辛醇聚氧乙烯醚羧酸盐进行了几何构型优化,并考察了其与不同阳离子(Na+,Ca2+)之间的相互作用。量化计算结果表明:1)该表面活性剂的阴离子基团与阳离子结合时稳定构型均为2∶1型,即极性头中两个氧原子与阳离子发生稳定结合,并且非离子基团与Na+离子的结合能远小于阴离子基团与Na+离子的结合能;2)阳离子对表面活性剂电荷分布的影响主要集中在极性头中的原子、与极性头相连的α-亚甲基以及乙氧基中距离极性头最近的氧原子上;3)在静电相互作用下,表面活性剂在胶束中交错排列,形成稳定的镶嵌结构,且电荷分布在阳离子影响下保持动态平衡,在宏观上表现出耐盐性能。     

化学增强铝硅酸盐玻璃扩散性能研究

了解碱金属离子在玻璃表面的扩散对生产高强度铝硅酸盐系统离子交换玻璃具有重要意义。通过外加Al,讨论不同Al/Na对碱离子扩散影响。采用EPMA测得玻璃断面K+、Na+分布曲线,根据Boltzmann-Matano计算方法得到K+、Na+的扩散系数,根据Arrhenius公式计算得到K+、Na+的扩散活化能。实验证明,随着Al/Na的增加,K+、Na+扩散深度逐渐增加,互扩散系数逐渐增加,K+、Na+平均活化能逐渐增加。讨论玻璃体内Al/Na比例是研究高强度离子交换玻璃的一个重要方向。     

锐钛矿型TiO_2羟基化表面与H_2O相互作用的分子动力学研究

利用经典分子动力学对锐钛矿型TiO_2(101)/(001)羟基化表面与水分子的相互作用进行模拟计算,分析得到表面羟基对TiO_2-H_2O界面性质的影响.首先,通过TiO_2表面钛、氧原子与水中氧、氢原子间的径向分布函数及键长验证得到,所建羟基化TiO_2(101)/(001)模型和力场能够很好地模拟TiO_2-水体系的结构和相关特性.由分子动力学快照图可知,TiO_2表面的O_(2c)吸附位在羟基化前后不发生改变,而完整表面原有的Ti_(5c)吸附位被表面羟基中的氢原子取代.羟基化表面的水分子以氢键作用吸附于TiO_2表面引起界面电荷转移,根据水分子密度分布可知TiO_2-H_2O界面形成内亥姆霍兹层、外亥姆霍兹层和体相3个分层结构.与完整表面比较,羟基使TiO_2(101)表面内、外亥姆霍兹层均变窄,而TiO_2(001)表面仅内亥姆霍兹层变窄.对水分子的扩散性质和平均速度分布进行分析,相对于TiO_2(101)羟基表面,TiO_2(001)羟基表面结构更有利于水分子沿表面法线方向移动.最后,由水的电荷密度分布函数得到,表面羟基使得TiO_2(101)和(001)表面的电荷波动加剧,正、负电荷密度分布极值的绝对值明显增加.     

Na2CO3对CaO粉体的钝化效果影响

为提高相关CaO系材料的抗水化性能,通过在CaO粉体中加入Na2CO3添加剂,对其进行碳酸化处理,使其表面形成一层碳酸钙保护膜,并利用正交试验法探讨了如何引入Na2CO3添加剂为最佳组合条件的研究。结果表明,加热温度为500℃,水蒸气温度为40℃,CO2流量在3.5 L/min,通气时间30 min的条件下,存在Na2CO3添加剂的CaO粉体抗水化性效果较好,总增重率可降至13%,而吸水率可降至0.313%。     

气液界面上磺基甜菜碱两性表面活性剂分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了两性表面活性剂十二烷基二甲基磺丙基甜菜碱在气-液界面的聚集结构,分析了影响液膜稳定性的因素。结果表明,界面生成能对界面膜的稳定有重要作用,增加表面活性剂在液膜上的浓度利于界面膜的稳定。通过表面活性剂头基与水分子之间的径向分布函数,可把表面活性剂周围的水分子分为3种类型:结合水、捕获水和自由水。其中表面活性剂通过氢键、静电作用等束缚结合水和捕获水的能力与液膜稳定性密切相关,模拟发现磺基甜菜碱对水分子具有强烈的结合作用,是泡沫稳定的重要影响因素。     

SDBS溶液对赵庄煤表面润湿作用机理的研究

采用原子力显微镜(AFM)实验研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液浓度对赵庄煤表面水化膜厚度的影响规律,基于赵庄煤-SDBS-水三相动力学模型,从分子尺度揭示了SDBS溶液对煤表面的润湿机理.结果表明:随着SDBS溶液浓度的增加,赵庄煤表面水化膜厚度呈现先增加后减小的变化规律,当SDBS溶液质量分数为0.050%时,煤表面水化膜厚度达到最大值13.7 nm,分子模拟结果表现出与实验相同的变化规律,验证了模拟的合理性.结合表面活性剂吸附构型图和径向分布函数(RDF)分析结果,揭示了SDBS分子中疏水尾部垂直于煤分子表面,亲水头部伸向水中的取向问题.通过RDF分析得出SDBS分子最容易吸附在赵庄煤分子中由多个苯环构成的芳香环上,且苯环的中间位置是最佳吸附位点(C吸附位点).当表面活性剂分子个数逐渐增多时,SDBS分子尾部与C吸附位点之间的距离先减小后增大,与实验所得水化膜厚度变化趋势相同.     

反应挤出制备HDPE／PA6／MMT复合材料研究

通过反应挤出制备了高密度聚乙烯／聚酰胺6／蒙脱土（HDPE／PA6／MMT）复合材料,研究了MMT在HDPE／PA6共混物中的分散和分布情况,及其对共混物相态结构的影响。从XRD和TEM的结果中可以看出,有机化蒙脱土（OMMT）选择性地分布在PA6相内以及两相的界面上,钠基蒙脱土（Na＋MMT）则主要分布在PA6相内;大部分OMMT得到较好的剥离或插层,而Na＋MMT出现明显的团聚。FE—SEM分析结果表明,增大MMT的含量会导致PA6的相态尺寸变大,粒径分布变宽。流变分析结果表明,由于OMMT部分分布于两相界面处,从而增强了界面结合,对共混物起到了增容作用。     

油砂洗脱化学剂复配的研究

为了解决直接用水洗油砂洗油效率低的问题,进行了复配化学剂油砂热洗室内实验,考察了 NaOH和 Na₂CO₃及其复配溶液,XY系列洗油剂复配对内蒙古图牧吉地区一井油砂洗脱率的影响,根据油砂洗脱率指标,优选适合该地区油砂的最佳复配化学剂。结果表明,在洗油剂与油砂质量比为1∶1 ,恒温85℃,加热60 min时,NaOH与Na₂CO₃复配溶液的洗脱率高于单一碱液的洗脱率 ,洗油剂体系XY-1和XY-2与碱复配时,优选的洗油剂配方为 NaOH(1 .0%) + Na₂CO₃(1 .0%) + XY-1(0 .15%)和NaOH(1 .0% ) + Na₂CO₃(1 .5% ) + XY-2 (0 .10%)。     

水玻璃激发碱-矿渣水泥的水化放热和凝结性能

水玻璃模数和碱当量对碱-矿渣水泥的水化放热和凝结性能有重要影响。该文系统地探讨了水玻璃模数和碱当量对碱-矿渣水泥水化放热和浆体凝结时间及抗压强度的影响规律。结果表明：随模数的增加,水化热降低,凝结时间延长,抗压强度先增加,随后降低;随碱当量的增加,水化热增加,凝结时间稍有延长,强度增加。比较合理的水玻璃模数Ms在1.0~2.0,碱当量为矿渣质量的3%~6%。     

Model Analysis of Initial Hydration and Structure Forming of Portland Cement

The auto efficiently hydration heat arrangement and the non-contacting electrical resistivity device were used to test the therrnology effect and the resistivity variation of Portland cement hydration. The structure forming model of Portland cement initial hydration was established through the systematical experiments with different cements, the amount of mixing water and the chemical admixture. The experimental results show that, the structure forming model of cement could be divided into three stages, i e, solution-solution equilibrium period, structure forming period and structure stabilizing period. Along with the increase of mixing water, the time of inflexion appeared is in advance for thermal process of cement hydration and worsened for the structure forming process. Comparison with the control specimen, adding Na2SO4 makes the minimum critical point lower, the flattening period shorter and the growing slope after stage one steeper. So the hydration and structure forming process of Portland cement could be described more exactly by applying the thermal model and the structure-forming model.     

Na2C2O4对硬石膏水化硬化的影响及作用机理

研究了草酸钠对硬石膏水化进程、硬化体显微结构与强度、液相离子浓度与二水石膏析晶过饱和度的影响,从二水石膏晶体成核与生长的角度探讨了草酸钠的作用机理.草酸钠使硬石膏水化率提高,水化热集中,水化潜伏期缩短,水化进程加快;草酸钠使二水石膏晶体细化,硬化体结构致密,强度提高,是硬石膏水化活性的高效激发剂.草酸钠作用机理归纳为：草酸钠与硬石膏反应形成草酸钙沉淀与可溶硫酸盐,使液相SO2-4浓度大幅提高;提高二水石膏析晶过饱和度,使二水石膏临界晶核半径减小,晶体成核与生长速率加快;草酸钠促进硬石膏溶解.     

淹水条件下不同渗漏强度对稻田地表水NH+-N影响研究

基于蒸渗仪中淹水稻田不同渗漏强度控制试验,研究了稻田施肥后和各生育阶段不同渗漏强度条件下地表水中NH+-N浓度变化.结果表明:分蘖肥施用后,稻田地表水NH+-N浓度大幅升高,并随时间上升;稻田补水会扰动土壤,使吸附在土壤表层的NH+-N重新溶于水中,导致稻田地表水中NH+-N浓度升高;高温和淹水会加速稻田土壤中NH+-N的释放;水稻各生育期,不同渗漏强度对地表水中NH+-N浓度影响不显著.这些研究为制定稻田控制排水策略提供了科学依据.     

低放高盐模拟核废液水泥固化体中无机盐的赋存状态研究

采用水泥固化法对模拟核废液（主要核素为137^Cs,90^Sr,主要含钠盐（质量分数〉15%））进行固化并在普通硅酸盐水泥中掺入矿渣、粉煤灰、沸石及凹凸棒土掺合料,以观察掺合料对固化体中无机盐赋存状态的影响。采用SEM,XRD及FT-IR对核废物固化基材的微观结构、物相及产物组成进行了表征与分析。结果表明：引入矿物掺合料能降低水泥固化体中无机盐的流失量,尤其掺入矿粉使无机盐的流失量降至82.5%;废液中大部分无机盐以沉淀或持留在水泥水化产物中的形式存在于硬化水泥石的孔隙中;矿物掺合料引入大量SiO2,使得水泥石中Ca（OH）2相基本消失,C-S-H凝胶的含量大幅度提高,部分Na^＋进入C-S-H凝胶的层间位置从而提高盐的固容量。     

电解质掺杂Na2SO4对固体氧化物燃料电池性能的影响

以不同含量的Na2SO4掺杂YSZ（Y2O3稳定的ZrO2,Y2O3的摩尔分数为8％）为复合电解质,Co3O4为阳极催化剂,La0.7Sr0.3MnO3为阴极催化剂,组装固体氧化物燃料电池,以二氧化硫气体为燃料气,测试复合电解质材料电池的电化学性能.结果表明：以质量分数为25％的Na2SO4＋YSZ为复合电解质的电池在700℃时,获得最大开路电压372mV,功率密度7.87mW·cm-2.以不同含量的Na2SO4掺杂YSZ作为复合电解质时,电池的电流密度和功率密度的高低顺序均为：质量分数25％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数16％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数8％的Na2SO4＋YSZ＞质量分数50％的Na2SO4＋YSZ＞YSZ.     

pH法测定杨梅单宁临界胶束浓度(CMC)及CMC的影响因素探讨

杨梅单宁(bayberry tannin,BT)的临界胶束浓度(CMC)是杨梅单宁溶液的一个重要物理参数。实验利用pH法测定水溶液中杨梅单宁分子形成胶束形态前后H+浓度的突跃,以pH-CBT做图测定杨梅单宁溶液的CMC值,并且探讨杨梅单宁溶液CMC值的影响因素。结果表明:303.0 K时杨梅单宁的CMC值为1 067.9 mg/L,且该值受溶液温度、无机离子种类与用量的影响;CMC值随温度升高呈现先减小后升高的趋势,313.0 K时降低为1062.0 mg/L;Na+和Ca2+的加入使CMC值降低,且由于Ca2+比Na+所带电荷量更大,造成CMC值更低;303.0 K时加入相同用量(10 mmol/L)的Na+和Ca2+,使杨梅单宁溶液的CMC值分别降低为897.5 mg/L和891.4 mg/L。     

NaxSr1-2xMoO4∶Eux^3＋的制备及其发光性能的研究

采用高温固相法结合电荷补偿方式2Sr2＋→Eu3＋＋Na＋,合成了适合白光LED的红色荧光材料NaxSr1-2xMoO4∶Eux^3＋（x=0.1、0.15、0.2,0.25、0.3）系列样品.对样品分别进行了X射线衍射（XRD）分析和荧光光谱的测定.测试结果表明,NaxSr1-2xMoO4∶Eu3x＋荧光粉可以被近紫外光（UV）（393 nm）和蓝光（463 nm）有效激发.通过探讨Na＋和Eu3＋的掺杂浓度对发光强度的影响,得出NaxSr1-2xMoO4∶Eux3＋系列样品的发光强度比SrMoO4：Eu3＋明显增加,且当掺杂量x=0.2时,NaxSr1-2xMoO4∶Eux3＋系列样品在616 nm处的发光强度最大.分析了NaxSr1-2xMoO4∶Eux3＋系列样品在380 nm紫外光激发下的色坐标,当Na＋和Eu3＋的掺杂量x=0.15时,样品的红色显色最强.