亚氧化钛块体电极的电化学特性及其对几种工业有机废水的降解效能研究

亚氧化钛电极Ti_nO_2n-1(4≤n≤10)具有环境友好、导电性好、耐强酸强碱、析氧电位高等优异性能,在电催化氧化处理难降解有机废水领域中极具应用潜力。采用自制的亚氧化钛块体电极,研究该电极的电化学特性及其对多种难降解工业有机废水的降解效能,并表征该电极的组成和表面形貌。结果表明：该块体电极为表面多孔结构,电极表层的主相为Ti₄O₇,电极的粗糙系数约为500,能为电化学反应提供较大的活性比表面积;同时,其电化学电位稳定窗口可高达3.6 V,电化学交换电流密度为4.606×10^-2mA·cm^-2,均高于DSA电极(2.3 V和1.861×10^-2mA·cm^-2);此外,该块体电极及DSA电极的电化学氧化降解亚甲基蓝(MB)的过程均符合准一级反应动力学方程,且反应动力学常数k_亚氧化钛=2.0 k_DSA。利用亚氧化钛块体电极对多种工业废水,如垃圾渗滤液、金属冶炼厂的残余液等样...     

Ti4O7/Ti电极电催化氧化法处理铝合金化铣清洗废液

铝合金化学铣切过程产生的清洗废液具有高碱度和富含有机物的特性,常规的生化处理方法难以有效处理,直接排放会对环境造成严重危害。采用电催化氧化法处理铝合金化铣清洗废液,以亚氧化钛涂层的钛电极作为阳极、不锈钢作为阴极,研究了化铣清洗废液中的典型有机物在Ti₄O₇/Ti电极表面的氧化和降解机制及电解工艺参数(如初始pH、电流密度、搅拌方式、污染物初始浓度及处理时间等)对清洗液COD_Cr去除率的影响。结果表明：铝合金化铣清洗废水中的三乙醇胺无法在Ti₄O₇/Ti电极表面直接氧化,其降解机制为Ti₄O₇/Ti电极表面产生·OH对其间接氧化;采用曝气搅拌方式,在溶液pH=7、电流密度5 mA·cm^-2优化条件下,处理后的铝合金化铣清洗废液的COD_Cr由初始5 210 mg·L^-1降至42 mg·L^-1,低于300 mg·L^-1环保排放标准。...     

钛铁矿精矿碳热还原制取碳氧化钛（TiCxO1-x）物相演化机理研究

基于 USTB 工艺,以广西某钛业公司的浮选钛铁矿精矿为研究对象,研究钛铁矿精矿直接碳热还原制 取碳氧化钛（TiC_xO_1-x）机理和物相变化过程。采用 XRD、SEM-EDS 和 HSC 热力学软件对碳热还原产物及反应过程 进行分析,结果表明：随着碳配比量的增加,还原过程物相主要为：FeTi₂O₅、Ti₂O₃、Fe、TiO、TiC_xO_1-x、TiC;当石墨的配 比质量分数为 22.92%~26.61% 时,1 550 ℃氩气气氛下还原 4 h 可得到 TiCxO1-x;结合反应热力学和物相分析结果可 知,整个还原过程主要是固相 C 参与还原,CO 还原作用小,还原过程物相演化规律为：FeTiO₃→FeTi₂O₅→Ti₂O₃+Fe→ TiO+Fe→TiC _xO_1-x+Fe。在 1 550 ℃下,反应生成 TiC 过程主要是固相碳起还原作用,CO 无法起到还原作用;生成碳 氧化钛 TiC_xO_1-x的 ΔG 介于 TiC 和 TiO 之间,属于不完全还原状态,主要通过控制碳配比量在反应温度内即可还原 得到碳氧化钛。     

钠离子电池钒氧化物电极材料研究进展

钠离子电池具有资源丰富、成本低廉的特点,是锂离子电池的潜在替代,并且在储能领域中展现出极大的发展潜力。为了实现高效、安全且具有商业可行性的钠离子电池,电极材料的开发与研究显得尤为关键。钒氧化物因拥有较大的理论容量和高工作电压,被认为是新一代钠离子电池电极材料中的有力竞争者。然而,由于其导电性较差,以及钠离子脱嵌过程中发生的体积变化较大,导致材料的电化学性能下降。以V₂O₅和VO₂为例,对其结构特征和储钠机理进行了综述,同时系统地总结了钒氧化物电极材料的电化学改性研究进展,包括纳米结构化、碳复合化、层间元素掺杂等。最后,对钒氧化物作为电极材料未来发展的方向进行了展望。     

纳米Mn3O4的快速制备及其对亚甲基蓝的类芬顿催化氧化性能

采用氧化沉淀法,以Mn(NO₃)₂·H₂O为锰源、NH₃·H₂O为沉淀剂、H₂O₂为氧化剂,在温和条件下反应1 h制备了粒度均匀的纯相纳米Mn₃O₄。以亚甲基蓝溶液为模拟染料废水,考察了纳米Mn₃O对亚甲基蓝的类芬顿催化氧化效果。结果表明,当Mn₃O₄加入量为0.5 g/L时,对25 mg/L亚甲基蓝的降解率可达80.3%。     

功能化磁性纳米微球在印染废水处理中的实验分析

针对印染废水中的亚甲基蓝提出了一种功能化磁性纳米微球吸附方案,利用Fe₃O₄纳米粒子和铁磁流体制备出氨基功能化磁性纳米 Fe₃O₄微球,并对亚甲基蓝进行吸附处理,通过实验分析了亚甲基蓝初始尝试与吸附时间对吸附作用的影响,提出了一种基于准二级动力学方程的吸附反应描述方案。经数据分析发现,该方案可以较为准确地描述出氨基功能化磁性纳米 Fe₃O₄微球吸附作用与吸附时间之间的关系。     

冷却方式对钛渣成分和物相的影响研究

应用化学分析、XRD、MLA对不同冷却方式处理的钛渣化学成分、物相及矿物组成进行了研究。结果表明, 不同冷却方式处理钛渣均会降低渣中Ti₂O₃含量, 且粒化渣中Ti₂O₃含量最少, 降幅达27.6%; 粒化渣中Fe₂O₃含量明显高于其它冷却渣, 表明粒化渣较其它冷却渣氧化程度高。冷却渣与现场渣主要矿物组成为铁黑钛石、硅酸盐玻璃相、少量金红石和残余金属铁, 钛渣经冷却处理会降低渣中铁黑钛石含量; 现场渣经水冷或空冷处理渣中金红石相无明显变化, 但经粒化处理渣中金红石相明显增加; XRD结果表明不同冷却方式处理的钛渣主要物相均为TiO₂和(FeMg)_xTi_yO₅, 但粒化渣中TiO₂主要是金红石型, 而水冷和空冷渣中TiO₂主要是锐钛型。     

基于BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3-δ空气电极的可逆质子陶瓷膜电池性能研究

采用柠檬酸络合-硝酸盐燃烧法合成的BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3-δ (BCFZY)作为空气电极材料,组装了燃料电极支撑的可逆质子陶瓷膜电池(R-HCMC),并且探讨了单电池在不同工作模式下的电化学性能。结果表明：在900℃下合成的BCFZY表现为单一立方钙钛矿结构,在700℃燃料电池模式下,单电池最大输出功率为424.7 mW·cm^-2、最低的极化阻抗为0.23Ω·cm²;在电解模式下,电解电压为1.4 V时,最大电流密度为1 084 mW·cm^-2、氢气产率为3.1 mL·min^-1·cm^-2。说明,BCFZY空气电极在中低温条件下表现出良好的电催化活性和结构与性能稳定性。     

机械化学法获得单相Fe3O4颗粒的热力学条件

为了给采用机械化学法从Fe₂O₃或粗粒Fe₃O₄获得单相Fe₃O₄纳米颗粒提供理论参考,探讨了机械力储能对铁氧化物机械化学反应热力学的影响规律。结果表明,在空气中,铁氧化物的机械化学分解温度随储能的增加而线性下降,导致反应体系中的各物相在热力学上稳定存在的温度范围发生变化。据此,在储能-温度坐标系上确定了以Fe₂O₃或Fe₃O₄为起始反应物的机械化学反应体系中期望物相Fe₃O₄的热力学稳定区,从而得出了获得单相Fe₃O₄颗粒的热力学条件。     

以废旧NCM523型电池正极材料浸出液制备NiCo2O4和Li2CO3研究

采用湿法冶金方法回收废旧NCM523型锂离子电池正极材料中的镍、钴和锂, 正极材料的硫酸浸出液经净化除杂后, 采用“水热沉淀-煅烧法”制备NiCo₂O₄, 再采用化学沉淀法回收锂。研究了添加剂种类、水热温度及时间、煅烧温度对产物形貌的影响。结果表明, 以电极材料硫酸浸出液为原料, 以草酸作沉淀剂、六次甲基四胺作表面活性剂, 在140 ℃下水热反应4 h, 得到NiCo₂O₄前驱体; 前驱体在300 ℃下煅烧2 h, 得到形貌均匀的棒条状NiCo₂O₄材料; 采用饱和Na₂CO₃溶液沉淀水热反应母液中的锂, 得到Li₂CO₃。该工艺初步实现了废旧电池正极材料中有价金属镍、钴和锂的回收利用。     

钛磁铁矿直接还原—磁选钛铁分离主要影响因素探析

从钛磁铁矿还原历程和焙烧方式、还原条件、磨选条件对钛磁铁矿直接还原—磁选钛铁分离的影响等4个方面分析总结了钛磁铁矿直接还原—磁选技术的研究进展。在直接还原过程中,钛磁铁矿的还原历程为Fe_2.75Ti_0.75O₄→Fe₂TiO₅→Fe₂TiO₄→Fe TiO₃→Fe Ti₂O₅→Ti₂O₃;从现阶段看,钛磁铁矿直接还原常用的焙烧方式主要有内配法和包埋法,其中内配法还原温度低、还原时间短、还原剂用量低,成本低且钛铁分离效果更好,包埋法所得富钛产品中TiO₂品位高,有利于钛资源回收利用;还原剂、还原温度、还原时间和添加剂均对钛铁分离效果有影响,适宜的还原条件有利于钛铁矿物的还原和金属铁颗粒的聚集长大,从而促进钛铁分离;磨矿细度和磁场强度也对钛铁分离效果有影响,磨矿细度不宜过粗/过细,磁场强度不宜过大/过小。通过...     

钒钛磁铁精矿含碳球团直接还原工艺分析

采用煤基直接还原技术研究了钒钛磁铁矿含碳球团直接还原工艺, 考察了还原工艺条件及硼砂添加量对球团金属化率的影响, 并通过对不同温度下所得还原产物进行XRD分析, 得出了钒钛磁铁矿直接还原过程的相变历程。研究结果表明, 适当提高还原温度、配碳比和反应时间均有利于提高球团金属化率。在自然碱度下, 还原温度1 300 ℃、还原时间30 min、C/O=1.4时, 金属化率达到96%。向含碳球团中添加适量硼砂, 可以促进钒钛磁铁矿的还原。XRD分析结果表明, 铁氧化物主要经历Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe的还原过程, 而钛氧化物主要经历Fe₂TiO₅→Fe₂TiO₄→FeTiO₃→Ti₂O₃、TiO₂、Ti₃O₅、TiO的还原过程。     

四氧化三锰和电解二氧化锰制备尖晶石型锰酸锂的研究

分别以电解二氧化锰和四氧化三锰为原料, 采用固相法制备了2种锂离子电池正极材料——尖晶石型锰酸锂。结合X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及电性能测试, 对两种产物的物化性能以及电性能进行了检测分析, 结果表明: 以电解二氧化锰(EMD)和Mn₃O₄为原料, 在合适的条件下都能制备出性能较好的锰酸锂正极材料; 由Mn₃O₄制备的锰酸锂呈晶粒大小较为均匀的单晶八面体形貌; 由电解二氧化锰制备的锰酸锂呈晶粒大小不均匀的二次颗粒形貌; 用Mn₃O₄制备的锰酸锂1C下循环700次, 其容量保持率为105.3%; 而以电解二氧化锰制备的锰酸锂1C下循环700次, 其容量保持率为79.0%。     

石墨烯的制备及其复合导电浆料对LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂离子电池性能的影响

通过化学氧化-热还原法制备了高柔韧性、片层少的石墨烯粉体,将其与碳纳米管、炭黑制备出石墨烯复合导电浆料,并分析对比了不同片径的石墨烯复合导电浆料和常规复合导电浆料对LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂锂离子电池性能的影响。结果表明,石墨烯含有丰富的含氧官能团,复配后的石墨烯复合导电浆料在正极材料LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂中可以构建高效的点-线-面结构的三维空间导电网络,其中,D₅₀片径为11.581 μm的石墨烯复合导电浆料电化学性能较为优异,在8C(20 A)大倍率放电条件下容量保持率为104.45%,1C/8C倍率循环200周后电池仍有2 121 mAh的容量,容量保持率为87.90%。     

MgO掺杂对高炉渣熔融调质钢渣物相组成及结构的影响

为了探明MgO掺杂对高炉渣熔融调质钢渣(混合渣)物相组成与结构的影响，采用X射线衍射仪和SEM-EDS扫描电镜对高温调质后混合渣物相组成及形貌进行了分析。结果表明，掺杂MgO能有效抑制MgFe₂O₄相和非胶凝性Ca₂Al₂SiO₇物相生成、促进MgFeAlO₄物相生成，提高混合渣熔点。MgO掺杂量2%的高温调质混合渣截面呈层状结构，内层MgFeAlO₄物相占比增加，孔洞均匀且细小；中间具有层状结构的MgFe₂O₄尖晶石包裹在MgFeAlO₄物相周围；外层Ca₂Al₂SiO₇物相孔洞均匀，致密度适中；此结构的混合渣是较好的重金属离子过滤材料。     

钛和锆共掺杂对单晶LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料形貌和电化学性能的改进

用共沉淀法和高温固相法合成了单晶LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂(x=0.0,0.001,0.002,0.003), 研究了Ti和Zr部分取代Mn对材料结构、电化学性能和Li⁺扩散系数的影响。研究结果表明, 钛和锆共掺杂能进一步增加Li层间距、改善阳离子混合, 从而提高电池容量和倍率性能。半电池循环伏安特性测试表明, 与未掺杂材料相比, Ti和Zr共掺杂的LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正极材料具有更好的电化学性能。以LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂为正极材料制作的扣式电池放电比容量、电荷转移效率和Li⁺扩散系数均随掺杂元素比例x增大而增加。在3.0～4.3 V电压范围内, LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2-2xTi_xZr_xO₂正极材料在x=0.002时, 半电池在1C倍率下的放电比容量达到163.2 mAh/g, 半电池经过1C倍率循环50次后, 放电容量保持率提高到93.2%, 高于未掺杂样品(92.1％)。对循环后电池进行交流阻抗测试, 结果表明, 对过渡金属的部分替代有助于结构内部锂离子扩散和降低电荷转移电阻。     

微波辅助加热浸出废荧光粉中稀土氧化物实验研究

采用微波辅助加热, 研究了硫酸从废弃荧光粉中浸出稀土元素的工艺, 考察了硫酸浓度、液固比、浸出温度及浸出时间对浸出稀土的影响。实验结果表明;采用微波辅助硫酸浸出废荧光粉, 稀土元素的回收率分别为;Y₂O₃ 90%~98%, Eu₂O₃ 80%~90%, CeO₂ 26.16%, Tb₄O₇ 22.5%。CeO₂、Tb₄O₇、Al₂O₃和MgO浸出率较低, 变化规律一致。液固比和浸出时间对Y₂O₃和Eu₂O₃浸出率的影响较大, 硫酸浓度和浸出时间对CeO₂和Tb₄O₇浸出率的影响较大, 浸出温度对各组分的浸出率影响不显著。     

Ti3C2 Mxene的制备及其电化学性能研究

采用氢氟酸刻蚀法制备了Ti₃C₂ MXene,研究了刻蚀温度和刻蚀时间对Ti₃C₂结构、形貌及电化学性能的影响。研究结果表明,室温下制备的Ti₃C₂呈手风琴状,随着刻蚀温度升高,Ti₃C₂层间距逐渐增大,且多层Ti₃C₂逐渐转变成单层结构。室温下刻蚀速度较为缓慢; 随着刻蚀时间延长,Al原子层逐渐被溶解,刻蚀24 h以上可得到手风琴状多层Ti₃C₂。电化学研究结果表明,室温下刻蚀24 h制备的多层Ti₃C₂ MXene电化学性能较好,该样品在0.1 A/g电流密度下的首次放电比容量为450.6 mAh/g,循环700次后比容量仍有124.1 mAh/g。     

高碱灰渣烧结熔融过程中的物相变化

为了掌握高碱灰渣烧结熔融过程中的物相变化规律,选取黑液煤浆灰渣展开研究.试验中采用经低温灰化后,粒径为38.5~74.0 μm的灰样,在不同温度下测出烧结率.然后对烧结灰进行XRD物相分析和SEM微区结构分析.结果表明：高碱灰渣具有很强的烧结熔融特性,这主要是因为大量较低熔点的黝方石、蓝方石、霞石、无水芒硝等物相生成.高碱灰渣钠基化合物的物相变化过程为黝方石（Na₈Al₆Si₆O₂₄SO₄）、无水芒硝（Na₂SO₄)黝方石、霞石（Na₆KAl₇Si₉O₃₂)蓝方石（K_1.6Ca_2.4Na_4.32(Al₆Si₆O₂₄)(SO₄)_1.52）、霞石（NaAlSiO₄）.     

电化学脱嵌法盐湖提锂多孔LiFePO4电极的制备

电化学脱嵌法盐湖提锂技术因其选择性高、吸附量大、绿色无污染等优点,越来越受到人们的关注,但盐湖卤水矿化度高、黏度大,导致实际提锂速率较低。基于此,以NH₄HCO₃为造孔剂,制备了具有良好渗透性和传质性能的多孔LiFePO₄电极,以改善提锂过程动力学性能。结果表明:造孔改性后电极表面具有微裂纹-微孔的复合结构,可显著强化溶液的传质过程,降低电化学极化。以多孔电极进行电化学脱嵌法提锂,其嵌锂容量由传统电极的25.6 mg（Li）/g（LiFePO₄）增加至多孔电极的35.2 mg（Li）/g（LiFePO₄）,且提锂过程的平均电流密度由8.7 A/m2提高至17.9 A/m2,提锂效率显著提高。此外采用多孔电极循环提锂30次后容量保持率高达98%,表现出良好的循环性能。