TiO2光催化强化[HO2MMim][HSO4]?H2O2脱除煤中有机硫的研究

燃煤中的硫严重影响了煤炭的高效利用,将光催化氧化引入到萃取脱硫体系,可以显著地提高离子液体萃取脱硫效率。为了进一步研究脱硫机理,采用实验结合计算机仿真模拟对其进行了分析。实验结果表明将光催化反应过程与离子液体萃取过程耦合,可有效脱除煤中的有机硫,[HO₂MMim][HSO₄]?H₂O?H₂O₂?TiO₂（质量比5∶5∶10∶4）光催化处理后的煤的有机硫脱硫率最高可达12.40%。Materials Studio分析得出由光催化产生的羟基自由基(·OH)具有较强的氧化性,·OH的氧原子附近所在区域呈负电性,容易与噻吩中S原子的正电势点产生静电力并形成S=O双键;另外,离子液体的加入使得原本噻吩环上的最低空轨道消失,还降低了最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占分子轨道（LUMO）的能级差,使反应更容易进行。使用COSMO软件分析发现离子液萃取作用体现在[HO₂MMim][HSO₄]中咪唑的五元杂环结构通过范德华力与噻吩、砜分子之间成键,使硫化物不断被萃取到离子液体相中;外加氧化剂使反应中化学势较高的砜比噻吩更容易进入到化学势低的离子液[HO₂MMim][HSO₄]中。      

卤盐载体无机盐阻化煤自燃的机理及性能

为了研究卤盐载体无机盐阻化剂对煤自燃的阻化机理及性能,采用差示扫描量热仪（DSC）测试了在稀土水滑石、MgCl₂和卤盐载体无机盐三种不同阻化剂作用下,煤自燃过程中分阶段特征、特征温度、热效应和表观活化能等参数变化规律。测试结果表明,稀土水滑石层板的?OH能够与煤分子中的?COOH等酸性官能团产生弱氢键,造成?COOH等酸性官能团的活性减弱;Mg2+与煤分子中的—COO?发生络合作用,生成了?COOMg?,造成?COO?内的 C=O活性减弱是卤盐载体无机盐抑制煤自燃的主要机理。煤样中添加卤盐载体无机盐后DSC曲线吸热峰均出现双峰或多峰,且较原煤的峰值温度后移了50～60 ℃、T₁温度后移了90～100 ℃、总放热量降低了19～27 kJ?g?1,而且有效的提高了煤体各阶段的表观活化能。研究表明卤盐载体无机盐阻化剂可有效抑制煤自燃反应进程。      

影响煤自燃气体产物释放的主要活性官能团

为了研究煤自燃发火气体产物与煤分子官能团之间的内在联系,进一步揭示煤自燃发火过程的微观变化特性,利用程序升温实验装置和原位红外光谱分析实验系统,得出了气体产物生成量和活性官能团含量之间的关联性。结果表明:CO、C₂H₄等指标气体浓度伴随温度升高显示为抛物线模式增长;活性官能团中,随着温度的不断升高,脂肪烃含量先持续增大,之后开始逐渐下降,C=C双键含量不断下降,含氧官能团含量先趋于稳定后逐渐增加。根据指标气体浓度变化,获得了高温反应过程中的5个特征温度点,进一步将其分为临界温度阶段、干裂–活性–增速温度阶段、增速–燃点温度阶段和燃烧阶段4个阶段,并对三个高温氧化阶段进行关联性分析发现:在临界温度阶段,影响CO、CO₂、CH₄和C₂H₆气体释放的主要活性官能团是羰基;在干裂–活性–增速温度阶段烷基链和桥键发生大量断裂,影响气体产物的主要活性官能团是脂肪烃和羰基;在增速–燃点温度阶段气体浓度与羰基和羧基等官能团呈负相关。得出干裂–活性–增速温度阶段是高温氧化过程中的危险阶段,需在该阶段前对氧化反应进行控制,以减少人员和物质损失。      

离子液体改性MWCNTs、MoS2及其复合纳米流体的摩擦学性能

采用1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm]BF₄)离子液体分散多壁碳纳米管(MWCNTs)、二硫化钼(MoS₂)于去离子水以得到具有优异摩擦学特性的纳米流体.通过拉曼光谱仪、纳米粒度电位仪、接触角测量仪表征其分散与润湿性,通过导热系数仪和流变仪测试其热物性,并通过材料表面性能综合测试仪进行摩擦实验.结果表明:经[EMIm]BF₄改性而制备的纳米流体Zeta电位大幅提高,纳米颗粒在空间位阻作用下有效分散于水基液,故保持润湿性的同时增强了导热能力,其对高温合金的润湿接触角最小为59.33°,室温(25℃)平均黏度最低为1.49 mPa·s,且导热系数最大为1.02 W·(m·K)^-1.纳米流体中层状、管状几何结构的MoS₂、MWCNTs纳米颗粒极大强化了基液的减摩抗磨性能,平均摩擦系数降至0.083,磨痕体积磨损率相比传统水基冷却液减小了72.33%.     

铝镇静钢中夹杂物钙处理改性及其影响因素

 钙处理广泛应用于铝镇静钢中非金属夹杂物的改性,但在工业实践中的改性效果差别很大。为了探究钙处理效果差异的原因,通过工业试验和热力学计算研究了铝镇静钢钙处理前后非金属夹杂物的演变,并讨论了钙处理改性夹杂物的影响因素。结果表明,浇铸末期钢液中的T[O]和T[N]质量分数分别为0.002 9%和0.003 9%。精炼前期钢中夹杂物Al₂O₃质量分数达90%以上,钙处理后,钢液中钙质量分数快速增加至0.002 5%,同时夹杂物中CaO质量分数由钙处理前的4%迅速增加到23%,Al₂O₃质量分数由钙处理前的82%降低至70%,夹杂物由团簇状Al₂O₃转变为球形的Al₂O₃-CaO复合夹杂物,夹杂物平均成分靠近液相区。由于二次氧化,浇铸时钢中的T[O]和T[N]含量升高,夹杂物的尺寸和数密度增加,因此,需要加强钢液的保护浇铸。在连铸与轧制过程中,夹杂物中CaO质量分数由中间包中的20%增加至轧材中的37%,Al₂O₃质量分数由中间包内的77%降低至56%,夹杂物的平均成分向液相区移动,但夹杂物类型不发生改变,仍为球形的钙铝酸盐。通过热力学计算得到本研究中试验钢种夹杂物“液态窗口”对应的钙质量分数为0.001 1%～0.002 8%,此外钢液成分对钙处理的“液态窗口”影响很大。随着钢液中T[O]含量升高,“液态窗口”变宽,但所需喂钙量增加;随着钢液中T[S]含量增加,“液态窗口”变窄;钢液中的T[Al]含量对“液态窗口”无明显影响。     

100t复吹转炉冶炼IF钢终点磷分配比预测模型

基于某公司具有LOMAS烟气分析自动化炼钢系统的100 t复吹转炉冶炼IF钢工业生产数据，分析了冶炼终点[%C][%O]、[%C](%FeO)与[%C]的关系，结果显示[%C][%O]、[%C](%FeO)与[%C]^1/2线性关系显著。计算了吹炼终点的磷容量C_PO实,并与Turkdogan提出的半经验公式计算的磷容量C_PO算进行了对比分析，探讨了C_PO实大于C_PO算原因是终渣处于过氧化状态。分析了C_PO实和C_PO算二者差值与[10^-6 O]/(%FeO)的关系，结果显示二者线性关系显著。根据分析结果构建了转炉冶炼IF钢吹炼终点磷分配比预测模型，模型包含了吹炼终点温度T、终点[%C]、终渣(%CaO)和(%MgO)等因素，构建的磷分配比预测模型很好地重现了生产数据。     

Synthesis of pyrrolidinyl-ethylene fluorenyl rare-earth metal complexes and catalysis for 2-vinylpyridine polymerization

The metathesis reaction between pyrrolidinyl-ethylene fluorenyl lithium salts with in situ prepared cationic rare-earth metal dialkyl species [Ln(CH₂SiMe₃)₂(THF)_x][BPh₄] afford efficiently the corresponding constrained-geometry complexes L¹Ln(CH₂SiMe₃)₂(L¹=FluCH₂CH₂NC₄H₈,Ln=Y(1a),Lu(1b),Sc(1c)) and L² Ln(CH₂SiMe₃     

单轴应力下烟煤氧化?自燃灾变温度

为探究不同埋藏深度裂隙煤体氧化-自燃过程在单轴应力作用下的影响规律,本文通过荷载加压煤自燃特性实验平台,采用新疆硫磺沟矿区烟煤煤样,开展了施加单轴应力在0～8 MPa下的贫氧环境程序升温试验.根据加压试验中烟煤产生气体随温度的变化关系,计算了烟煤在单轴应力下升温过程表观活化能和耗氧速率.结合煤自燃氧化动力学和热解参数,阐述了单轴应力下煤体由缓慢氧化到快速氧化的非线性发展过程,并基于突变理论解算出试验条件下烟煤氧化-燃烧过程的突变温度和临界温度,确定出4个特征参数:突变温度TCO(CO表征)和THy(耗氧速率表征),临界温度T'CO(CO表征)和T'HY(耗氧速率表征),并分析了不同特征参数随单轴应力的变化规律.结果 表明:热解气体浓度、表观活化能和耗氧速率随单轴应力增大呈先增大后减小再增大的三次函数规律(其中1.8和5.5 MPa时为临界轴压),1.8 MPa时表观活化能和各项特征参数数值最低,煤氧反应速率最快,耗氧速率最高;单轴应力为5.5 MPa时耗氧速率最大,煤体新生裂隙最多;单轴应力对TCO特征参数影响最大,煤自燃缓慢过渡到快速氧化的温度指标,由CO浓度表征的突变温度TCO表征最为准确.该研究结果对于矿井不同埋深煤自燃预警和防控具有重要理论指导意义.     

电解液中Li2SO4对ZAlSi12合金微弧氧化膜特性的影响

采用微弧氧化技术在ZAlSi12合金表面制备氧化膜,研究了Li₂SO₄的加入对微弧氧化膜性能的影响.随着电解液中Li₂SO₄含量增加,试样表面氧化膜变厚且粗糙.X射线衍射分析表明,微弧氧化膜主要由Al₂O₃相和莫来石相组成.加入Li₂SO₄且经微弧氧化处理得到的试样耐腐蚀性能优于未经微弧氧化处理的试样.      

硫酸化焙烧-水浸法回收钕铁硼和铈铁硼废料过程的对比分析

铈铁硼废料氧化料中出现单独的CeO₂相，在硫酸化焙烧过程中发生价态转变，有别于钕铁硼废料，因此本文针对两种废料氧化料的硫酸化焙烧过程开展对比分析。研究结果表明：钕铁硼和铈铁硼废料氧化料最高硫酸化率分别为91.7%和96.1%,前者硫酸化过程主要发生在中温焙烧阶段，后者硫酸化过程主要发生在低温浸润阶段，且在中温焙烧阶段生成中间物质Ce(SO₄)₂;二者硫酸化焙烧最终产物均为Fe₂O₃和RE₂(SO₄)₃,高温焙烧料均为孔洞大小不均匀的疏松结构，富稀土相大多被非稀土相包裹。除CeO₂外，铈铁硼废料焙烧机理与钕铁硼废料一致，均为稀土氧化物、Fe₂O₃与硫酸反应生成溶于水的稀土硫酸盐和Fe₂(SO₄)₃,高温下Fe₂(SO₄)₃     

Ni(Ⅱ)离子在两种离子液体中的电化学行为

在离子液体氯化1-丁基-3-甲基咪唑-丙三醇(BMIC-GL)和1-丁基-3-甲基咪唑二氰胺盐([BMIM]DCA)中加入NiCl2后,研究了Ni(Ⅱ)离子的电化学行为.循环伏安测试结果表明,Ni(Ⅱ)离子在[BMIM]DCA-NiCl2和BMIC-GL-NiCl2的起始还原电位分别为-0.55 V和-0.65 V,说...     

高炉喷吹煤粉混加冶金油泥的燃烧性能

 将冶金油泥与煤粉混合用于高炉喷吹可实现油泥资源化利用,提高煤粉燃烧效率。通过TG-MS研究了高炉喷吹煤粉添加污泥后的燃烧特性与气体释放特征,探究油泥有机组分和无机组分对高炉喷吹煤粉燃烧过程的影响。多种检测手段系统考察了油泥的理化性质,并通过TG-MS研究了高炉喷吹煤粉添加污泥后的燃烧特性与气体释放特征。结果表明,油泥组成主要为润滑油等有机物和以Fe₂O₃为主要成分的无机物,其粒度主要集中在0.7~3 μm,孔隙发达且多为介孔。添加油泥可以降低煤粉的着火温度和最大燃烧速率对应的温度,从而改善反应性,同时提高燃烧过程的放热量,使燃料燃烧更加充分,但当油泥添加量过大时,对煤粉燃烧热量影响较低。动力学研究发现,油泥的添加会降低煤粉燃烧反应的活化能,从而使煤粉燃烧更易进行。     

热重分析法研究不同添加剂对煤粉的催化燃烧

采用热重分析法和统计分析方法研究了原煤及加入不同添加剂后煤粉的燃烧效果.加入质量分数为2%的MnO₂、CaO和CeO₂可将原煤的活化能由98.07分别降至73.73、78.50和76.45 kJ·mol-1,原煤的燃烧放热峰温度也随之降低,由534.2分别降至482.7、489.4和484.9℃,但对氧化放热峰温度影响不明显,两者作用结果可将原煤氧化峰与燃烧峰对应温度差减小约30℃.添加剂对煤粉燃烧活化能和燃烧峰温度的影响规律符合玻尔兹曼方程拟合的函数关系,燃烧放热峰对应温度降低,活化能也减小,可通过煤样差热分析曲线中燃烧峰对应温度值粗略估计煤样的活化能.      

氧气高炉回旋区内煤粉燃烧行为的数值模拟

炉顶煤气循环-氧气鼓风高炉炼铁新技术的工艺特点决定了煤粉在其回旋区内的燃烧条件与传统高炉相比将发生很大变化.本文建立了氧气高炉直吹管—风口—回旋区下部煤粉流动和燃烧的数学模型,研究了入口布置方式、氧含量、循环煤气温度以及H₂O和CO₂含量对煤粉燃烧的影响.模拟结果表明:三种引入方式中,假想的循环煤气和氧气混合进入方式明显优于循环煤气和氧气单独进入方式.当氧的体积分数由80%增加到90%,相应的煤粉燃尽率由87.525%提高到93.402%.循环煤气温度对煤粉燃尽率的影响并不显著.循环煤气中H₂O和CO₂的体积分数提高5%,风口轴线上气体的最高温度分别降低124 K和113 K.      

C2H6、C2H4、CO与H2对甲烷爆炸压力及动力学特性影响

为量化可燃气体爆燃引起的潜在危险性提供相关的基础数据,设计出在气体燃料加工、储存和运输过程中能够承受爆炸危险的容器。运用20 L球形气体爆炸系统,在不同初始温度（298～373 K）与不同的预混气体（CO、H₂、C₂H₄、C₂H₆）体积分数（0.4%～2.0%）条件下,获取了甲烷体积分数为7%与11%的甲烷?空气混合物的爆炸压力特性参数。此外,采用 CHEMKIN软件,模拟分析了不同体积分数的预混气体在爆炸过程中H·、O· 和·OH自由基摩尔分数的变化趋势,并进行了敏感性分析。结果表明,同一体积分数的预混气体,随初始温度的增加,最大爆炸压力呈线性降低,最大爆炸压力上升速率几乎恒定或下降。同一初始温度,对于甲烷体积分数为7%的甲烷?空气混合物,随着预混气体的体积分数增大到2%,其最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率均呈增大的趋势,而甲烷体积分数为11%的甲烷?空气混合物对应的最大爆炸压力与最大爆炸压力上升速率均呈减小趋势。随着预混气体体积分数的增加,甲烷体积分数为7%的甲烷?空气混合物在爆炸过程中H·、O·和·OH自由基摩尔分数峰值上升。O·和·OH自由基摩尔分数峰值在甲烷体积分数为11%的甲烷?空气混合物中呈下降趋势,H·自由基摩尔分数峰值有所上升。对于甲烷体积分数为7%与11%的甲烷?空气混合物,其影响甲烷的关键基元反应式不变,敏感性系数随预混气体体积分数的增加而减弱。      

含钛炉渣稀释剂对喷吹煤粉燃烧性能的影响

 根据承钢高炉冶炼条件,以其高炉喷吹煤粉作为试验原料,利用煤粉燃烧炉模拟现场高炉风口区域煤粉的燃烧过程,探讨加入含钛炉渣稀释剂CaF2和MgO后,对煤粉燃烧性能的影响,并结合扫描电镜（SEM）观察未燃煤粉颗粒表面结构的变化。试验结果表明,煤粉中添加CaF2后燃烧率有所提高,但提高幅度不大,SEM图未燃煤粉的颗粒减小,这说明CaF2对高炉内煤粉的燃烧有一定的促进作用;添加MgO后煤粉燃烧率明显提高,当添加MgO质量分数为1.20%时,煤粉燃烧率提高了12.41%,此时未燃煤粉SEM图平均粒径为4.30 μm,比未加入稀释剂未燃煤粉的粒径小5.48 μm,并且组织颗粒的大小及分布比较均匀,综合考虑炉渣稀释剂MgO对承钢含钛炉渣的稀释作用和对高炉内煤粉燃烧的影响,含钛炉渣稀释剂MgO的最佳添加质量分数为1.20%。     

CeO2催化强化高炉喷吹煤粉燃烧机制

为了研究稀土氧化物CeO2对高炉喷吹煤粉的助燃机制,以某炼铁厂高炉喷吹煤粉为原料,利用煤粉燃烧炉进行煤粉燃烧试验并收集未燃煤粉,通过热重-差热法分析CeO2对喷吹煤粉的助燃机制,结合XRD和SEM检测分析未燃煤粉.结果表明:助燃剂CeO2对喷吹煤粉的助燃效果显著,其添加比例控制在1.5％(质量分数)左右比较适宜;CeO2在煤粉固定碳表面上形成络合盐Ce4+(CO-)4,减弱了两相反应物间的势能垒,促使挥发分的开始燃烧放热温度降低,固定碳燃烧温度区间变窄;随着CeO2的加入,Ce4+ (CO)4成倍增长,在XRD图谱中表现为未燃煤粉的微晶尺寸逐渐增大;在CeO2的作用下未燃煤粉颗粒的平均粒径与原煤未燃煤粉颗粒的平均粒径相比减小了3.48 μm,表面出现大量孔洞结构.