试验设计优化Mn掺杂ZnO纳米催化剂的制备

按2⁵部分因子试验设计安排实验,以光催化降解甲基橙（MO）溶液脱色率DC（%）为目标值,考察掺锰量V_MnNO3、熟化温度T₁、熟化时间t₁、煅烧温度T₂和煅烧时间t₂对制备的Mn掺杂纳米ZnO光催化性能的影响,经分析确定影响产品光催化性能的主要因素为V_MnNO3、T₁和T₂。以此3因素按3²全因子试验设计进行实验并分析试验结果,获得Mn掺杂纳米ZnO光催化剂的优化制备条件为V_MnNO3=0.5mL、T₁=70℃、t₁=15min、T₂=600℃和t₂=2.5h。0.05g优化制备产品在紫外光照射下光催化降解100mL10mg/L的MO溶液30min的DC实验平均值为95.58,与Minitab软件对产品的优化预测值95.75的相对误差仅为-0.18%;在可见光下降解MO溶液120min的DC实验平均值为65.11。XRD和SEM对优化产品的表征表明,其主要由粒径分布在（20～30）nm的不规则的颗粒状纳米ZnO组成。由紫外-可见分光光度计测定并计算得出优化产品的带隙能E_g约为3.25eV,较同等条件下制得的纳米ZnO带隙能E_g（3.36eV）低0.11eV。     

纳米TiO2光催化剂降解甲基橙的动力学模拟研究

TiO₂具有很好的紫外吸收和高催化活性。作为一种廉价和环境友好的光催化剂,纳米TiO₂在废水处理、空气净化和太阳能电池等方面都具有潜在应用。为筛选出优良的催化剂,必须对纳米TiO₂构效关系进行深入研究。计算机模拟作为动力学研究的重要手段之一,对于研究光催化纳米TiO₂材料XRD参数与活性关系,具有重要意义。本文通过溶胶—凝胶法制备了纳米TiO₂光催化剂,进行了XRD测试。以难降解的偶氮染料甲基橙为探针,选取材料制备中的关键影响因素,在不同的热处理温度下测定其降解甲基橙活性。在此基础上,提出一个新的速率方程模拟煅烧温度对TiO₂光催化降解甲基橙的影响.结果表明,随着温度的升高,反应速率从指数型到S-型、V-型传变。与普通的动力学方程相比,所提出的新微分方程能对这种影响进行很好的模拟。     

基于特征气体SO2F2的SF6气体绝缘设备的过热性故障诊断

利用SF₆分解产物检测来判断GIS故障发展程度已成为一种有效手段,在搭建的实验平台上展开200℃~360℃局部过热模拟实验,研究SF₆热分解特性。当实验温度较高时(320℃~360℃),新增SO₂F₂、H₂S、COS三种产物。在绝缘设备充满大量SF₆子的背景下,分解产生的H₂和COS的含量极少,给气体检测带来了困难。文中提出将SO₂F₂作为设备故障进入严重状态的标志气体,同时用量子化学计算法在B3LYP/6-311G(+d,p)水平下对SO₂F₂生成机理和能量条件进行研究。发现SO₂F₂通过F₂碎片与气室内SO₂反应、F原子与SO₂F结合、SOF 4水解反应这三条途径得到,其中SO₂与F₂反应是SO₂F₂的主要来源。实验现象与理论计算均表明:SO₂F₂的形成机制与高温息息相关,SO₂F₂出现,标志着设备故障处温度较高,SF₆绝缘能力已遭到严重破坏。     

基于FORTRAN的Ca-Fe-Si-O体系logf（O2）-loga（SiO2）相图的计算

以Ca-Fe-Si-O体系多相组合的logf（O₂）-loga（SiO₂）相图为例介绍了一种相图计算方法及Fortran95语言编程的实现过程。首先根据Gibbs相律确定了各个单变度和无变度组合,并根据化学成分图解配平化学反应方程式。然后,按照文献中的模型和参数计算各种矿物相和组分的Gibbs自由能,进而在给定的温度压力下计算各条反应平衡线的logf（O₂）和loga（SiO₂）值。然后再根据Schreinemakers规则判断相图中介稳的相关系,并从计算结果中去掉单变度反应线的介稳部分和介稳的无变度点。最后讨论了温度、压力对平衡的影响和新的矿物相加入时的计算方法和注意事项。     

高光提取效率的倒装GaN基LED的研究

为了获得更高的光输出功率,采用倒装的结构.研究了p-GaN面生长金属高反镜前后GaN面的出光量.在p-GaN的表面上生长金属高反镜后,设计使用PECVD法在整个芯片上生长SiO₂/SiN_x多层介质膜高反镜,然后再腐蚀去除电极上的多层介质膜高反镜,使得倒装的GaN基LED台阶侧壁及p-GaN上没有覆盖金属高反镜的位置都保留有SiO₂/SiN_x多层介质膜高反镜.研究结果表明,生长两对SiO₂/SiN_x介质膜高反镜后,器件的光输出功率平均增加了10.2%.这说明SiO₂/SiN_x多层介质膜形成的高反镜有效的提高了倒装GaN基LED的光输出功率,把从LED台阶侧壁以及p-GaN上没有覆盖金属高反镜的位置出射光子反射回LED内部,经过一次或者多次反射后,从其他的出光面出射.     

一种估算CO2和SO2在多元胺水溶液体系中溶解度的数学模型

通过离子反应式和亨利定律建立数学模型,在对模型进行适当简化的基础上再借助编程手段可以得到CO₂-SO₂在H₂O-MDEA-活化胺复杂多元溶液体系中溶解度的数值解。研究表明,在MDEA质量分率30%的水溶液中SO₂比CO₂优先溶解,溶液只有在基本上完全吸收SO₂之后才会吸收CO₂;而且其溶解度比较大,常温常压下1 mol的MDEA可吸收超过1.4mol的SO₂气体。在气体分压为（1～100）kPa范围内,SO₂的溶解度受压力参数的影响较大:而在此压力范围之外,温度参数则成为主要影响因素。在MDEA水溶液中添加MEA或DEA活化剂,随着活化剂质量分率的增加,SO₂的溶解度有较大程度的下降;若同时添加MEA-DEA2种活化剂,SO₂的溶解度会随着MEA质量分率的增加而减小,但减少的幅度并不大。     

MgCl2·6H2O热分解过程的阿姆斯特丹密度泛函理论研究

利用阿姆斯特丹密度泛函理论对MgCl₂·6H₂O的热分解反应进行理论计算,结合对其热分解过程的实验研究数据,从理论层面探讨其热分解的机理,为掌握氯化镁水合物分解条件、控制反应路径,获取目标产物提供理论依据。通过ADF理论计算并结合实验研究得出,MgCl₂·6H₂O脱除HCl需要较高能量,为5246.59 kJ/mol,是MgCl₂·6H₂O脱除H₂O分子需要能量的6.45倍,是MgCl₂·5H₂O脱除H₂O所需能量的10.69倍。可见在同等温度条件下,MgCl₂·6H₂O首先发生的是脱除H₂O分子反应,在MgCl₂·6H₂O脱除2分子H₂O之前不会发生MgCl₂·6H₂O脱除HCl的反应。     

业界动态

我国科学家发现最新电子型铁电体Fe₂OBO₃在国家自然科学基金,中国科学院和科技部973、863项目基金的资助下,中科院物理研究所利用低温原位电子显微镜技术,在Fe₂OBO₃中观察到了明显的无公度调制结构,及其对应的从室温几个纳米到低温数百纳米的随温度逐渐演变的反相条带状畴结构。分析认为,Fe₂OBO₃是一种新的电荷有序电子型铁电体,原位电镜观察结果也揭示了电荷序和铁电极化畴关系。在结构和物理性能分析的基础上,研究人员认为     

第一性原理研究TiCl3在β-MgCl2（110）表面相互作用机理

TiCl₃是以MgCl₂为载体的Ziegler-Natta催化剂的活性组分,TiCl₃在载体MgCl₂表面的存在形式是复杂的。本文利用基于密度泛函理论的的量子力学从头计算方法对TiCl₃和其失去部分Cl原子后的离子[TiCl₂]⁺,[TiCl]²⁺在β-MgCl₂（110）面上的吸附作用进行了研究。通过模拟计算其吸附能,键长和电子云分布,发现TiCl₃和β-MgCl₂（110）面上作用力很弱,为范德华力,而只有TiCl₃失去部分Cl原子后带上正电荷,才能与β-MgCl₂（110）面形成强的化学键。     

基于钯纳米颗粒导电沟道的室温型氢气传感器的研究

随着氢能的广泛应用,检测氢气(H₂)泄漏十分必要。采用溶剂热法合成钯(Pd)纳米颗粒,结合旋涂法从极大程度上简化了覆盖敏感层工艺,在利用微机电系统(MEMS)工艺制备的硅基金(Au)叉指电极上研究了基于“氢致Pd晶格膨胀效应(HILE)”的裂结式H₂传感器的敏感特性,为低成本批量化制备室温型氢气传感器提供了可行性研究。结果表明该传感器对H₂的响应值与Pd纳米颗粒在基底上的覆盖率密切相关：覆盖率在一定范围内越大,响应值越小。在室温下,该类传感器对500×10^-6～2 500×10^-6H₂表现出了较快的响应速度：响应时间在5 s左右,恢复时间在25 s左右,具有较高的响应值：在2 500×10^-6H₂气氛下高达83%,有较好的选择性和稳定性。     

MEA-AMP混合醇胺捕集烟气二氧化碳过程分析

本文根据焦化烟道气实际数据,应用流程模拟软件Aspen Plus模拟分析了MEA吸收剂以及MEA和空间位阻胺AMP混合吸收剂捕集烟道气中CO₂的吸收解吸效果。结果表明,混合胺浓度30 wt%（摩尔比MEA:AMP=1:1）吸收剂的吸收效果较好,为了进一步考察该种配比混合胺吸收剂的吸收、解吸特性,对其进行了灵敏度分析,并选取了25 wt%MEA为基准吸收剂,对比分析了进料温度、解吸塔再沸器热负荷和解吸塔压力对吸收解吸效果的影响,当吸收剂进料温度40℃时,单一MEA吸收剂吸收CO₂效率86.8%,混合胺的吸收率89.6%:2种吸收剂达到55%的解吸率,单一MEA吸收剂工艺再沸器热负荷为4500 kW,混合胺吸收剂工艺再沸器热负荷为3000 kW;当解吸塔压力1.5 bar时,单一MEA吸收剂对CO₂解吸率52.4%,混合胺吸收剂的解吸率55.8%,由对比结果得出混合胺（摩尔比MEA:AMP=1:1）的吸收、解吸效果均优于单一25 wt%MEA吸收剂。     

非线性映照遗传算法在稀土元素掺杂改性纳米TiO2构效关系中的应用

TiO₂具有很好的紫外吸收和高催化活性。作为一种廉价和环境友好的光催化剂,纳米TiO2在废水处理、空气净化和太阳能电池等方面都具有潜在应用。稀土掺杂可以有效提高纳米二氧化钛的光催化降解活性。为筛选出优良的催化剂,必须对稀土元素掺杂改性纳米TiO2构效关系进行深入研究。作为一种良好的数据挖掘手段—非线性映照技术,有利于分类识别和优化控制,本文首次将其应用于光催化纳米TiO2材料XRD参数与活性关系方面的研究。首先,通过溶胶-凝胶法制备了不同稀土的不同掺杂量的纳米TiO2光催化剂,进行了XRD测试,然后在紫外光源下对降解甲基橙光催化活性进行了测定。并从XRD参数进行非线性映照分析出物以类聚的活性结果。结果表明,掺杂后TiO2纳米粒子晶粒尺寸变小,且掺杂量越大,晶粒尺寸越小。在掺杂量为0.05mol%时,样品K值最大,即催化活性最高,且活性顺序为Eu>Y>Ce。灰色映照结果与光催化活性测定的结果吻合得很好。非线性映照利用遗传算法工具箱可很好地解决催化剂的构效关系。数据挖掘既是方法又是手段,它能帮助我们研究出有效的催化剂,因此应予以珍视并加以应用。     

P改性ZSM-5分子筛的结构及酸性变化

P-ZSM-5分子筛通常用来催化甲醇转化制轻烯烃,乙醇脱水制乙烯,芳烃的烷基化或者歧化等反应。目前,P-ZSM-5分子筛中磷和分子筛之间的相互作用仍不清楚。本文通过密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）计算了ZSM-5分子筛改性前后的结构及酸性变化。结果发现P骨架外改性后,磷酸分子的氢原子和分子筛骨架氧原子形成氢键作用,并且O₄,H_a和0_zeo总是保持在一条直线上,这是稳定的骨架外改性结构;骨架改性后,分子筛优化前后的结构发生较大变化,这是因为固定了8T模型中的终止氢原子,分子筛的骨架结构阻止了H₂PO₃基团的插入。本文还计算了磷酸分子和分子筛的酸性位之间的关系,研究发现,分子筛中引入P后,其酸性降低,且骨架改性后酸性减弱的程度更大。这一结果可以进一步指导实验,制备出不同酸性的分子筛。     

基于改进型BP网络的气液两相流流型识别

根据气液两相流的特点,将其分为层状流、塞状流、弹状流和环状流等流型,分别对其采集差压信号,并利用概率密度函数（PDF）对差压信号特征进行了分析,得出了PDF的4个特征参数,即波峰个数K₁、波峰峰值K₂、波峰位置K₃、PDF方差K₄。将K₁,K₂,K₃,K₄构成的特征向量作为神经网络的输入样本对BP神经网络进行训练并进行流型识别。结果表明,该方法具有准确率高等优点,是流型识别的一种新手段。     

六方WO3晶体形貌模拟及最佳纳米尺度计算研究

采用量子化学计算软件Material Studio的Morphology模块,运用BFDH法则详细预测了六万WO₃颗粒的纳米晶体形貌,模拟计算结果表明,六方WO₃纳米晶体的（110）面为最易外显面,显示几率达到76.43%。在模拟的稳定晶体结构基础上,运用晶体化学和纳米科技的基本原理,通过计算六方WO₃不同粒径大小的总晶胞数、总原子数以及表层晶胞数、表层原子数和表层活性原子比例,分析和讨论了结构稳定性和化学活性与粒径的关系,得出六方WO₃纯组分的最佳粒径范围为（120-140）nm。     

基于OMI/OMPS中国季风区大气边界层SO2时空格局分析

为研究季风对大气边界层 SO₂变化的影响,利用2005~2014年OMI SO₂、2015~2017年OMPS NMSO₂遥感数据,选取中国季风区为研究对象,分析大气边界层SO₂时空分布特征,并选取4座典型城市,通过相关性分析和HYSPLIT后向轨迹模拟。结果表明：中国季风区PBL SO₂空间上呈现异质性,冬、夏季风变迁对于季风区大气边界层 SO₂柱浓度变化影响明显;温度和气压是影响大气边界层 SO₂柱浓度的主要气象因子,其次是地域性气象条件;冬季气流对日SO₂柱浓度升高影响较大,四川盆地及来自印度半岛、孟加拉湾的西南气流对重庆市SO₂柱浓度升高效果显著,银川市SO₂受蒙古高原偏北气流及天山北部西北气流影响,天津市和杭州市受华北平原及蒙古高原地区气流的作用。     

基于Aspen Adsorption对2段变压吸附提纯粗合成气的模拟

随着合成气制备工艺的迅速发展,提纯合成气中的有用成分应用于工业生产愈显重要。本研究将含有CO、H₂、CH₄、H₂O、CO₂及少量烃类的粗合成气经过变压吸附提纯后作为与丁烯反应生产2-丙基庚醇的原料气。该变压吸附过程包含2段,第一段采用装载硅胶和活性炭的复合床层用以脱去除H₂与CO以外的其他气体获得较纯的合成气;第二段采用装载NA型络合吸附剂的床层用以分离H₂和CO。利用Aspen Adsorption软件对变压吸附过程进行了模拟。模拟结果表明,采用该2段变压吸附过程可以获得纯度为99.9%的H₂用于烯醛加氢反应,同时由二段吸附过程的解吸气可配出H₂:CO=1:1的混合气用于丁烯羰基化反应。     

基于差分吸收光谱技术NH3浓度在线反演方法研究

差分吸收光谱法（DOAS）原理简单、检测精度高、响应速度快、可应用于非接触和连续在线监测。本文利用差分吸收光谱法对NH₃浓度进行在线反演。不同于传统的DOAS中选取部分波长点光谱数据反演气体浓度,本文充分利用反演波段内所有实验数据,联立超定方程组,并用最小二乘法求解。为了消除温度对反演结果的影响,利用20℃与其他温度下NH₃分子数密度比的比值和对应温度的关系拟合出温度补偿函数对反演结果进行温度补偿。实验结果表明该方法反演NH₃浓度时具有较高的反演精度。     

温度对Al2O3-H2O纳米流体粘度特性影响研究

采用"两步法"制备了质量分数分别为0.1％,0.5％,1％的Al2O3-H2O纳米流体,研究了温度在25～50℃范围内纳米流体粘度和相对粘度的变化规律,发现粘度随温度的升高而减小,而相对粘度随温度升高的变化与纳米粒子质量分数有关.质量分数w=0.1％和w=0.5％时,纳米流体相对粘度随温度升高几乎不发生变化,w=1％的纳米流体相对粘度随温度升高变化幅度较大;同时发现温度保持在50℃时,w=0.1％和w=0.5％的纳米流体粘度随恒温保持时间的延长变化很小,而w=1％的纳米流体粘度却减少了14.0％,经恒温保持24 h后自然冷却的纳米流体再次加热,发现其粘度较之前整体有所下降.     

链状铜配位聚合物的合成,晶体结构及量子化学计算(英文)

在甲醇水混合溶剂中,以α-吡啶甲酸为配体与氢氧化铜合成了标题配合物[Cu（C₆H₄NO₂）2]_n·2nH₂O。配合物(C₁₂H₁₂CuN₂O₆,分子量为343.79),晶体属三斜晶系,空间群P₁,晶胞参数:a=0.51239（9）nm,b=0.76278（13）nm,c=0.92161（16）nm,α=74.921（3）,β=84.404（3）°,γ=413（2）,V=329.62（10）nm³,Dc=1.732 cm³,Z=1,F（000）=175,μ=1.69mm^-1。最终偏离因子R₁=0.0265,wR₂=0.0711。晶体结构表明:铜原子与2个α-吡啶甲酸4个氧原子,2个氮原子配位,形成六配位的变形四面体结构。本文对该配合物进行了量子化学计算。