三维石墨烯-碳纳米管复合材料的制备及其氧还原催化性能研究

采用化学气相沉积法（CVD）制备了硼、氮共掺杂三维石墨烯与碳纳米管复合的非金属电催化材料（B-N-G-CNT）。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、透射电子显微镜（TEM）对B-N-G-CNT的形貌、结构及成分进行了表征,结果显示：三维石墨烯－碳纳米管呈有序多孔网状结构,石墨烯与碳纳米管形成稳定的化学结合,具有质量高、缺陷少等优点。运用循环伏安法（CV）、旋转圆盘电极（RDE）、电流时间曲线（i-t curve）等手段测试了B-N-G-CNT在碱性介质中的氧还原电化学性能,结果表明：在浓度为0.1 mol·L-1 的KOH溶液中,B-N-G-CNT复合材料具有比 B-N-G更高的起始电位和半波势能,其电子转移数接近4电子;同时B-N-G-CNT比商业Pt/C具有更高的稳定性。     

方铅精矿中脉石成分在Na2CO3熔盐中的 反应行为研究

为探究方铅精矿低温熔盐清洁冶金方法,在热力学分析的基础上,采用XRD分析技术,研究了方铅精矿中主要脉石成分SiO2、CaCO3、MgCO3、Al2O3等与Na2CO3熔盐的反应行为。研究结果表明:SiO2在温度高于1 173 K时会和Na2CO3反应生成Na2SiO3;CaCO3在温度高于923 K时会和Na2CO3结合成Na2Ca(CO3)2,但是其在温度高于1 123 K时又会发生分解;MgCO3在温度为873～1 123 K时会分解为MgO,但MgO不会和Na2CO3发生反应;Al2O3与Na2CO3在温度高于973 K时会发生反应,生成铝酸钠。为降低Na2CO3熔盐的消耗量,低温熔盐炼铅温度宜控制为1 073～1 173 K。     

生物质炭添加比例对煤粉燃烧性能的影响

农业废弃物含有较高的C元素和较低的S元素及灰分,将这类生物质炭化并细磨后,与煤粉混合喷吹进入高炉燃烧,可有效利用可再生能源,减少炼铁工业的CO_2排放,且有利于提高生铁质量,并显著提高煤粉的燃烧率。因此,对玉米秸秆和花生壳热解产物进行了表征分析,采用差热分析法研究这两种生物质炭与煤粉按不同配比混合对煤粉燃烧性能的影响。SEM及BET检测结果均表明,玉米秸秆炭和花生壳炭的组织疏松,比表面积大,硫与灰分含量低,可明显增大试样与氧的接触面积;热重试验结果表明,生物质炭与煤粉按3∶7的质量比混合的燃烧性能最好,着火点明显降低,燃烧过程稳定,燃烧率显著提高。     

以磷铁粉为原料制备磷酸铁锂的工艺研究

磷酸铁锂的大规模发展要求进一步降低原料成本,磷铁粉是一种可以提供磷和铁两种组分的制备磷酸铁锂的低价原料。本论文以磷铁粉为原料,先与碳酸钠混合并高温烧结,将磷铁粉转化为磷酸钠与氧化铁,然后采用水浸的方法将可溶的磷酸钠与氧化铁分离。再以淀粉作为碳源还原氧化铁,并用硫酸浸出还原后的产物,通过除杂后获得硫酸亚铁溶液,探究了碳用量、硫铁比、浸出时间对氧化铁中铁元素浸出的影响。将浸出铁液与磷酸钠溶液按照不同比例混合制备获得磷酸铁。最后配锂加碳高温烧结合成磷酸铁锂。通过XRD、SEM、电化学性能对制备的磷酸铁与磷酸铁锂进行了表征,研究了铁磷比对于磷酸铁及磷酸铁锂性能的影响。结果表明,优化条件下制备的磷酸铁锂在1C倍率下放电比容量为143.7 mAh/g,经过150次充放电循环后容量保持率为91.9%。该工艺充分利用了原料中的磷和铁,为磷酸铁锂的工业生产开辟了一条绿色经济之路。     

工程机械用Q1300E超高强钢的淬火工艺

利用全自动拉力试验机、全自动冲击试验机、光学显微镜和扫描电镜研究不同淬火工艺下Q1300E钢板的力学性能和显微组织。结果表明,当淬火加热时间为60 min,淬火温度为840 ℃时,强度和低温冲击性能最好,回火态力学性能满足GB/T 28909—2012要求,屈服强度1302 MPa,抗拉强度1505 MPa,-40 ℃纵向和横向冲击吸收能量分别为74 J和61 J;淬火温度为870、900和930 ℃时,抗拉强度和低温冲击吸收能量满足GB/T 28909—2012要求,但屈服强度低于1300 MPa;淬火温度的变化对晶粒尺寸的影响较为明显,淬火温度840 ℃时,平均晶粒尺寸最小,为5.7 μm,淬火温度930 ℃时,平均晶粒尺寸为15.9 μm。淬火加热时间对力学性能和晶粒尺寸的影响相对较小,当淬火温度为840 ℃,淬火加热时间为40~80 min时,回火态力学性能满足GB/T 28909—2012要求,晶粒尺寸为4.5~6.5 μm。     

基于热、动力学计算模拟研发梯度硬质合金

对于材料研发和过程参数优化来说,掌握材料体系的热、动力学信息并基于CALPHAD(相图计算)方法进行计算模拟是一种强有力且高效的方式。CALPHAD计算结果的准确性在很大程度上取决于热力学和动力学数据库的质量。基于前期建立的热力学数据库(CSUTDCC1)和动力学数据库(CSUDDCC1),对硬质合金研发过程中所关心的烧结"碳窗口"、立方相组分等信息进行了计算模拟。研究了几种在真空和不同N_2分压下烧结的梯度硬质合金,采用SEM和EPMA研究了梯度层的微观结构和元素浓度分布,并通过热、动力学数据库进行了计算模拟,计算模拟结果与实验数据吻合。本工作探讨了热、动力学计算模拟在梯度硬质合金的设计和研发中的应用示范,为新型高性能梯度硬质合金的开发提供理论支撑。     

溶胶-硬脂酸封闭法对锌与铝阴极间结合力的影响

目的降低电锌与铝阴极间的结合力,提高剥锌效率,研究锌电积过程中锌成核以及结合力的变化情况。方法采用溶胶-硬脂酸封闭法对铝阴极表面进行处理,通过电子扫描显微镜观查铝阴极表面形貌及锌电积初期成核情况,采用万能试验机测试锌铝间结合力,同时结合电沉积实验考察封闭铝板对电流效率的影响。结果封闭铝板表面微孔被封闭,整体光滑平整。与普通铝板相比,其成核率较低,以晶核的长大为主。结合强度呈现出"中心高、四周低"的规律,且结合力随着电积次数的增加而增大。封闭铝板局部结合强度峰值自5.64 kg/cm~2增加到6.34 kg/cm~2,相较普通板结合强度降低了30%左右,在很大程度上降低了剥锌难度。封闭铝板电流效率的平稳性也优于普通铝板。结论采用溶胶-硬脂酸封闭法来降低铝阴极与锌间结合力,降低剥锌难度和提高脱锌效率,切实可行。     

熔盐法制备钛酸镍及其电化学性能

采用熔盐法制备钛酸镍,探讨了煅烧过程中不同熔盐比例以及不同保温时间对钛酸镍晶体结构的影响。结果表明,Ni(OH)2、Ti O2和混合熔盐的摩尔比为1∶1∶4,800℃时通空气保温10 h,可制备黄色钛酸镍,粒径约0. 3～1. 0μm。制备的钛酸镍作为锂离子电池负极材料,表现出良好的电化学性能,充电倍率为0. 1 C时,首次充电比容量为353. 4 m A·h·g-1。在0. 1 C和0. 2 C时循环100次后,容量保持率分别为99. 5%和96. 3%。熔盐法制备钛酸镍是一种简单、廉价、可得到高比能量锂离子电池负极材料的制备工艺。     

常压碳热还原铁酸锌的分解机理及动力学

研究了铁酸锌碳热还原的分解机理及动力学。反应机理研究表明:当溫度达到650℃时,铁酸锌首先分解为Fe_3O_4和ZnO;当溫度到达850℃时,铁酸锌的还原产物中出现FeO,当溫度达到950℃时,铁酸锌完全被还原为单质铁。在650℃～850℃溫度范围内,随着温度的升高,分解率升高。在800℃、ω_c/ω_(ZnFe_2O_4)=1/4、还原时间为80 min时,铁酸锌的分解率到达94%。动力学计算表明:铁酸锌的碳热还原分解过程受化学反应控制,表观活化能为24.65 kJ/mol。     

硫化锑精矿还原固硫焙烧直接产出金属锑研究

针对现行鼓风炉挥发(熔炼)-反射炉还原炼锑工艺存在的流程长、能耗高、低浓度SO₂烟气污染等问题,提出了一种基于选冶联合过程的锑提取新工艺——硫化锑精矿还原固硫焙烧直产金属锑.分别以ZnO和碳粉作为固硫剂和还原剂实现对硫化锑矿的固硫还原转化,直接产出金属锑,同时生成硫化锌,再分别分离得到金属锑粉和硫化锌精矿.本文采用控制变量法,分别考察了焙烧温度、碳粉粒度、ZnO配入量、焙烧时间对锑生成率和ZnO固硫率的影响.得到最佳条件如下:焙烧温度800℃、碳粉粒度100~150目、ZnO量为固硫所需理论量、焙烧时间2 h,在此条件下,锑生成率为90.4%,ZnO固硫率为94.8%,其中温度和ZnO加入量对焙烧效果有较大影响;同时对反应产物的分析和过程热力学计算表明焙烧过程分两步进行,即首先发生Sb₂S₃与ZnO的交互固硫反应生成Sb₂O₃,其后在高于700℃温度下Sb₂O₃被大量还原成金属锑.在不同品位的锑精矿综合实验中,均获得了90%左右的锑生成率和88%的固硫率,验证了工艺的可行性.新工艺低温低碳、清洁环保,易于开展工业化生产.