化学沉淀法制备超细粉体过程行为

应用硫酸铜还原化学沉淀法制备铜的超细粉体,研究了反应温度、浆液密度和表面活性剂对超细铜粉制备过程行为的影响。试验发现,当反应温度较高时,由于还原反应速度较高,晶核的生成速度急剧增加,晶核数量密度过大,在反应器壁上生成铜箔及大的团聚体;当体系中浆液密度较高时,颗粒由于相互间的碰撞在表面能的作用下团聚成纺锤形的大颗粒。这是两种不同的团聚行为,前者由于生长中的晶核的团聚故称为“核级团聚”,后者是由于生长中的颗粒间的团聚称为“粒级团聚”。在适当的反应条件下,控制适度过饱和度,及适度的成核速率,可以得到均匀的球形铜粉。表面活性剂的加入可有效的防止粒子的团聚。     

二维颗粒反应的分数维模型

本文将分数维理论引入颗粒与流体的非均相反应系统,提出不规则颗粒二维反应的分数维模型.在假稳态条件下,对不规则颗粒的核收缩反应方程求得解析解.结果表明,当反应受膜扩散控制、灰层扩散控制和化学反应控制时,颗粒的分数维越高,反应总速率越快;而在膜扩散控制阶段,分数维对相对反应时间没有影响.     

引发体系对细乳液聚合制备PAN纳米粒子的影响

为制备出规则球形的聚丙烯腈(PAN)纳米粒子,探究水溶性较大的单体的细乳液聚合机理,分别采用过硫酸钾(KPS)、偶氮二异丁腈(AIBN)和双氧水/L-抗坏血酸(H2O2/LAA)氧化还原引发剂进行丙烯腈(AN)的细乳液聚合。通过乳液外观的变化比较了三种引发剂对聚合过程的影响,对比了三种PAN纳米粒子的形态、粒径和结晶情况。结果发现;采用热引发剂时,由于AN的水溶性增大,单体扩散明显,所制备出的PAN纳米粒子为不规则颗粒;而采用氧化还原引发剂能够获得规则球形的PAN纳米粒子。说明了水溶性较大的单体进行细乳液聚合时,温度是影响液滴成核主导地位的关键因素;均相成核是造成PAN颗粒表面结晶进而导致PAN粒子形状不规则的主要原因。     

颗粒/流体反应的分数维模型

在分形理论的基础上发展了形状不规则颗粒/流体体系的分数维反应模型。在拟稳态条件下求得反应物浓度分布式、反应时间、完全反应时间、相对反应时间、单位时间的反应量和颗粒转化率的分数维表达式。并由此导出膜扩散、灰层扩散和化学反应3个阶段的反应时间等参数,讨论了颗粒的分数维对反应过程的影响。     

颗粒形状对包衣设备内药片颗粒运动特性影响的数值模拟

为研究颗粒形状对包衣设备内药片颗粒运动特性的影响,基于离散单元法及自行编写的喷雾区颗粒检测算法,采用数值模拟的方法对五种不同形状(棒状、长椭球、扁椭球、双凸形和球形)的药片颗粒在包衣设备内的运动行为规律进行了研究。分析了颗粒形状对颗粒系统的能量、床面颗粒平动速度、颗粒温度及颗粒流在喷雾区域停留时间的分布及其相对标准差的影响。结果表明,颗粒形状对颗粒的平均动能、颗粒床面速度、颗粒温度、喷雾区域停留时间分布及颗粒间包衣均匀性有重要影响。除双凸形颗粒系统外,对于其他四种形状的颗粒系统,随着颗粒球形度增大,颗粒系统具有的动能、床面速度和颗粒温度均呈减小趋势。除棒状颗粒系统外,对于其余四种形状的颗粒系统,随着颗粒球形度增大,颗粒系统在包衣喷雾区域内平均停留时间减小,平均停留时间的相对标准差增大,包衣均匀性变差。与球形颗粒系统相比,非球形颗粒系统的包衣均匀性更好;药片颗粒形状对包衣设备内颗粒运动特性及颗粒之间的包衣均匀性有重要影响。     

硬硅钙石晶须的水热合成

采用动态水热法,以硅酸钠钙为原料合成硬硅钙石晶须,通过搅拌使晶须形成高孔隙率的球形颗粒. 考察了温度、时间和原料CaO/SiO2摩尔比等反应条件对硬硅钙石晶须及其球形颗粒孔隙率的影响. 结果表明,将CaO和SiO2按摩尔比0.90~1.15溶于Na2O浓度为20 g/L的NaOH溶液中,控制液固比为30 mL/g,以300 r/min的转速在220℃下水热反应7 h以上,可制备出直径约200 nm、长径比大于20的硬硅钙石晶须,晶须相互缠绕形成的球形颗粒孔隙率最高可达93%.     

硅粉氮化输送床内气固反应过程数值模拟

以单个硅颗粒氮化反应缩核模型为基础,本文建立了硅颗粒在输送床内反应、辐射与对流传热耦合的数学模型,并借助CFD软件FLUENT对输送床内能质传输过程进行了数值模拟,分析了输送床壁面温度、氮气流量、预热温度、硅粉粒径等因素对输送床内温度场和硅粉氮化率的影响。在数值计算域内将单个颗粒反应过程转化为颗粒群整体反应过程,实时监测颗粒粒径及未反应硅颗粒粒径,为数值模拟颗粒流反应提供一种新思路。当壁面温度高于1723K时,输送床内会出现一高温区加速硅粉氮化反应;反应温度越高、颗粒粒径越小,氮化过程越剧烈,硅粉到达完全氮化所需时间越短。模型表明为使粒径为2.5μm的硅粉达到完全氮化且输送床内最高温度不超过氮化硅的分解温度2173K,应控制输送床壁面温度在1773K,氮化时间在170s以上,预热温度在1273K,粉气质量比为0.2,稀释剂比例为0.5~1。     

含有纳米颗粒的悬浮纳米液滴蒸发特性的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟方法,研究单个含有固体金属纳米颗粒的悬浮纳米液滴的蒸发特性。模拟结果表明,含有金属纳米颗粒的悬浮球形纳米液滴,在蒸发过程中基本保持球形不变;模拟温度越高,金属纳米颗粒的质量分数越大,纳米流体液滴的球形度越小。当蒸发过程开始时,纳米流体液滴的蒸发速率很大,而且模拟温度越高,蒸发速率越大,随后,蒸发速率急剧下降;随着蒸发过程的进一步进行,蒸发速率缓慢下降。金属纳米颗粒的种类和质量分数,对悬浮纳米流体液滴的蒸发速率影响不大。     

超临界流体快速膨胀用于细颗粒包覆技术

研究超临界流体在快速膨胀过程中的热力学状态变化,超临界流体在喷嘴端部快速膨胀过程中温度急剧降低,在一定条件下,降低的温度与流体体积流率平方成线性关系。超临界流体在快速膨胀射流中产生数十纳米量级的微核颗粒,流体膨胀前温度对微核粒径有显著影响。通过超临界流体在流化床中的快速膨胀,使包覆剂微核在颗粒表面形成均匀的薄膜包覆,实现颗粒或颗粒中关键组分在溶剂中的控制释放。     

有机溶剂-微波-水热法制备氢氧化镁晶须

以青海东台水氯镁石混合物为原料,以含一定量有机溶剂的氢氧化钠为沉淀剂,采用微波-水热法制备了氢氧化镁晶须。实验发现在水热温度为180℃,反应时间为1.5 h的条件下,氢氧化镁晶须产率与有机溶剂在反应体系中的质量分数有关,当质量分数为30%时可获得产率为80%的氢氧化镁晶须,但继续增加有机溶剂的质量分数晶须产率不再增加。扫描电镜照片显示粒子呈晶须形状、粒度分布均匀、分散性好、晶形好、纯度高。本实验不仅生产工艺简单,且生产成本低,具有较高的经济效益,可望充分利用盐湖镁资源进一步中试。     

SiC晶须的微波加热合成

首先以硅溶胶(w(siO2)=30%,平均粒径为10～20 nm)和活性炭(平均粒径<10um,w(C)=99.5%)为原料,六偏磷酸钠为分散剂,混匀后在真空下于110℃烘干24 h制成反应前驱体,然后将其破碎成不同粒度的细粉,在多模谐振腔微波炉中分别加热至1 300～1 600℃保温15～60 min制备了SiC晶须,研究了热处理温度、保温时间以及反应前驱体的粒度对晶须产率的影响.结果表明:(1)当热处理温度为1 300～1 400℃时,产物主要为方石英及少量β-SiC,SiC晶须的产率较低;温度达到1 500℃以后,产物主要为SiC晶须及少量SiC颗粒,且在1 500℃下保温时间从15 min延长到30 min时,SiC晶须产率显著增加;温度提高到1 600℃时,生成了等轴SiC颗粒及SiC晶须.(2)1 500℃保温30 min为比较适合的微波加热合成条件,晶须产率能达到80%以上.(3)较小的反应前驱体颗粒有利于SiC晶须的生成.     

K/Zr助剂对Fe基催化剂CO加氢性能的影响

考察了K和Zr助剂对沉淀铁基催化剂在颗粒形貌、晶相组成、还原和碳化方面的影响,利用XRD、SEM、拉曼光谱、H2-TPR和CO-TPR对催化剂进行了表征,并考察了催化剂对CO加氢的催化性能。结果表明:K助剂有利于α-Fe_2O_3生成粒径为100~150 nm的多面体颗粒,Zr助剂有利于α-Fe_2O_3颗粒分散生成粒径为10~50 nm的不规则颗粒,K和Zr助剂协同有利于生成粒径为20~30 nm的规则球形颗粒;K和Zr助剂的加入提高了催化剂的H2低温还原峰温度和CO低温还原/碳化峰温度;反应过程中,与Fe催化剂相比,K有助于生成活性Fe5C2物相,使CO转化率提高了24.7%,CH4含量(气相色谱检测)降低了10.37%,烯烷比(烯烃与烷烃物质的量比,O/P)提高了2.24,而Zr对Fe5C2活性物相和费托合成制低碳烯烃(FTO)反应无显著影响;K和Zr助剂存在显著的协同效应,FTO反应过程中Fe_3O_4晶粒尺寸由反应前的26.4 nm减小至反应后的21.2 nm,且晶体趋向于无定形态,CO转化率达90%以上,产物分布中C2=~C4=摩尔分数为30.51%,O/P=3.59,C2=~C4=收率可达28.65%。     

硫酸钙晶须催化合成醋酸正丁酯的动力学研究

以改性硫酸钙晶须作为催化剂,通过酯交换反应合成醋酸正丁酯,研究反应过程的化学反应动力学。结果表示反应条件为,当酯醇摩尔比为2,硫酸钙晶须添加量为反应总量的3%,超声波频率为25 kHz,反应温度为110℃,反应时间为6h时,得到该反应的活化能Ea=5.243kJ/mol,指前因子k_0=3.8496×10~3mol~(-1)·L·h~(-1),并最终建立了以硫酸钙晶须为催化剂合成醋酸正丁酯r=3.8496×10~3exp(-5243/RT)c_Ac_B。     

氮化钒制备热力学和动力学

研究了氮气气氛下V_2O_5碳热还原氮化反应的热力学和动力学,并进行了实验验证.结果表明,反应炉内V_2O_5优先还原,在碳充足的情况下,还原的中间产物依次是V2O3,VO,V2C,VC.还原氮化通常在N2气氛下同炉进行,先还原后氮化,温度高于1267℃时,VC比VN更稳定,存在动力学和热力学矛盾.V_2O_5碳热还原反应的控速环节为球形颗粒的三维扩散,氮化反应的控速环节为一级界面反应.制备了氮含量18%、钒含量78%、碳含量小于2%的钒氮合金.     

十二烷基硫酸钠模板法制备纳米硒

以十二烷基硫酸钠作为软模板,用抗坏血酸还原亚硒酸制备纳米硒,并对所制得的纳米硒进行了表征,研究了反应条件对产物形貌以及粒径的影响.结果表明,当反应体系中亚硒酸浓度为0.01 mol/L,抗坏血酸浓度为0.07 mol/L,十二烷基硫酸钠质量分数为1.0%时,常温下反应7 min后可得到均匀稳定的球形红色纳米硒颗粒,平均粒径约35nm,制得的纳米硒颗粒经超声波超声后能稳定存在两个月以上.     

TiB2-SiC复合粉末的碳热还原法合成及其表征

以TiO2、B4C、炭黑和硅溶胶为原料,采用碳热还原法合成了TiB2 -SiC超细复合粉末.对碳热还原反应过程进行了热力学分析和计算,采用XRD和SEM等研究了反应温度对合成TiB2-SiC复合粉末的物相组成和显微形貌的影响,并对合成的TiB2-SiC复合粉末的氧化性能进行了探讨.结果表明:TiB2-SiC复合粉末合成的适宜条件为在1600℃保温1h.在反应过程中,TiB2先于SiC形成,所合成的复合粉末由球状、片状、短棒状颗粒以及晶须等多样化结构组成.TiB2-SiC复合粉末的氧化过程中,首先是TiB2优先与氧发生反应生成TiO2和B2O3,然后是SiC与氧反应生成SiO2和CO,氧化产物中没有发现低熔点B2O3的存在.     

碳化硅粉体的整形及其再结晶动力学研究

采用热处理法对不规则形状碳化硅粉体进行了整形研究。分析了不同粒径碳化硅粉末在不同热处理温度下,碳化硅粉末的形貌、圆度、粒径大小的变化,并对其再结晶动力学机制进行了初步探讨。结果表明:高温热处理对碳化硅粉体能进行有效的整形,在2000~2050℃热处理温度范围内,整形后碳化硅颗粒球形度高,颗粒表面圆滑;碳化硅粉在高温下的再结晶传质方式为蒸发-凝聚,在再结晶初期,当再结晶时间一定时,碳化硅粉颈部增长率与原始颗粒半径成反比,与温度成正比。     

皮江法炼镁还原机理

用XRD和SEM?EDS对不同还原温度下所得皮江法炼镁还原渣的主要物相与分布规律进行分析,分析了镁、硅与钙的扩散过程,探讨了皮江法炼镁的还原机理。结果表明,以硅铁合金为还原剂的还原炼镁过程是简单的固?固反应,Si还原MgO的起始温度为900~950℃,还原反应主要在高于1050℃时进行,温度低于1000℃时MgO还原率很低。还原反应首先在CaO?MgO颗粒与Si颗粒的交界面进行,反应生成的镁蒸汽从反应区域逸出并在结晶区结晶,未反应的Si向外扩散穿过反应区域继续还原MgO。还原过程中,以单质存在的Si全部参与反应,与CaO结合生成Ca2SiO4, FeSi2在还原反应过程中部分分解为FeSi和Si,而FeSi, FeSi2及Fe2Si3(FeSi与FeSi2的混合物)中的Si还原MgO的温度较高,较难参与还原反应,造成Si损失,是硅铁还原MgO还原率较低的主要原因。     

硫酸钙晶须表面化学镀银的研究

在碱性条件下,以聚乙烯吡咯烷酮为分散剂,采用葡萄糖还原银氨溶液在硫酸钙晶须表面镀银的方法制备了镀银硫酸钙晶须。分别用X-射线衍射仪、X-射线能谱仪和扫描电子显微镜对镀银硫酸钙晶须进行了表征,并分析了分散剂、反应温度等因素对硫酸钙晶须表面镀银效果的影响。结果表明,当银包覆量为40%时,且有分散剂聚乙烯吡咯烷酮存在和反应θ为60℃的条件下,硫酸钙晶须表面的银镀层致密度最好,其体积电阻率为0.0054Ω·cm。     

利用脱硫石膏制备硫酸钙晶须的实验研究

以脱硫石膏为原料,通过重结晶法制备了硫酸钙晶须。研究了固液比、盐酸浓度、重结晶时间以及反应温度对晶须形貌的影响,在偏光显微镜下观察晶须的形貌并计算晶须的平均长径比。结果表明,当固液比为1∶12、盐酸浓度为2mol/L、重结晶时间为3h、反应温度为90℃时,硫酸钙晶须大小较均匀,平均长径比为40.23。XRD分析显示,晶须的主晶相为二水硫酸钙。在此基础上初步探索了硫酸钙晶须对半水石膏的增强效果,制品抗压强度可达6.28MPa,较空白样提高20.07%。